基于广义变分原理的矩形薄板单元

本文应用广义变分原理,构造了适合正交各向异性薄板静动力分析的矩形单元MR—12.计算结果表明,基于广义变分原理的非协调元具有很好的收敛性和计算精度.证明了广义变分原理在建立非协调单元中的有效性和优越性.MR—12单元的计算格式和普通矩形板元无原则性的差别,极易推广使用.     

粘性流体动力学的混合协调元和混合杂交非协调元变分法

本文提出并论证了粘性正压流体流动的混合协调有限元变分原理,在论证中发现应力协调条件会自然满足。同时提出论证了有关的混合杂交非协调有限元广义变分原理,这能够简化粘性流动的非协调元计算。     

非线性弹性体的弹性动力学变分原理

本文根据文献[1],对非线性应力应变关系的弹性体,导出了弹性动力学问题的变分原理和广义变分原理,提出了混合位移协调元和混合应力协调元的瞬时广义变分原理.     

构造任意非协调四边形单元的新模式

通过对Q4元增加一个非协调高阶项．构造了一类新的非协调四边形单元，并证明由此产生的单元对任意四边形网格通过Irons分片检查和广义分片检查，且形状函敷不依赖于单元本身．QM5是其中的一个特例．数值结果表明，该类单元有很好的收敛效果．     

非粘性土壤中溶质运移问题的守恒混合有限元法及其数值模拟

奉文建立了非粘性土壤水中溶质运移问题的守恒混合元格式,讨论了广义解和混合元解的存在唯一性,并给出了误差估计.数值模拟结果表叫,用该方法模拟溶质运移问题是合理有效的,不仅提高了通量的模拟精度,而且使计算稳定.     

基于20节点辛元的复合材料层合板应力分析

通常情况下,常规位移有限元法获得的应力结果比位移精度低一阶次,且面外应力难以满足连续性要求.联合最小势能原理和H-R变分原理,构造出包含位移和3个面外应力两类变量的20节点六面体辛元.由于两类变量采用高阶插值函数近似,无需引入单元内部的非协调位移项,因此相关理论的推导过程非常简单.与Hamilton部分混合元不同,该辛元涉及的变量沿3个坐标方向均做离散处理,不受单元厚度和结构几何形状的限制.数值实例表明20节点辛元的数值结果收敛稳定.在粗糙网格的情况下,与20节点位移元相比,该文单元的面外应力更接近精确解.     

反Banach空间内涉及广义混合似臣分不等式问题的双水平广义混合平衡问题

在自反Banach空间内,引入和研究了一类新的涉及广义混合似变分不等式问题的双水平广义混合平衡问题(BGMEP).首先,为了计算BGMEP的近似解,引入了一类辅助广义混合平衡问题(AGMEP).由使用一极小极大不等式,在没有任何强制条件的相当温和假设下,证明了AGMEP解的存在性和唯一性.利用辅助原理技巧,建议和分析了一类计算BGMEP的近似解的新迭代算法.在没有任何强制条件的相当温和假设下,证明了由算法生成的迭代序列的强收敛性.这些结果是新的并且推广了这一领域内某些最近结果.     

有限位移理论线弹性力学二类和三类混合变量的变分原理及其应用

提出了有限位移理论线弹性力学二类混合变量和三类混合变量的变分原理.考虑已知边界条件的变化并应用有限位移理论的功的互等定理,在导出上述两类变分原理的过程中起到了关键作用和桥梁作用.首先,考虑已知位移边界条件的变化和应用功的互等定理,导出了二类混合变量的最小势能原理.用类似的方法,导出了二类混合变量的驻值余能原理.应用应变能密度和应力余能密度的关系式于上述两个变分原理,得到三类混合变量的变分原理.然后,给出了二类和三类混合变量的虚功原理和虚余功原理.同时,应用拉氏乘子法导出了广义变分原理.以一个算例说明了在某些情况下拉氏乘子法会失效,介绍了构成广义变分原理泛函的半逆法.最后,应用二类混合变量最小势能原理计算了一大挠度悬臂梁的弯曲.     

Darcy-Stokes问题的一个非协调有限元分析

本文针对Darcy-Stokes问题构造一个新的非协调的矩形单元,证明该单元的收敛性,并得到速度能量模的二阶收敛结果,数值算例验证了理论分析结果.     

基于GMRES算法的弹性结构强耦合小变形流激振动分析

使用混合广义变分原理,将基于Lagrange表述的小位移变形结构振动问题与基于Euler描述的不可压缩粘性流动问题,统一在功率平衡的框架下建立流固系统的耦合控制方程．用有限元格式做空间离散后,再用广义梯形法将有限元控制方程转化为增量型的线性方程组,该方程组的系数矩阵具有非对称性,其中元素含对流效应和时间因子．将GMRES算法与振动分析的Newmark法和流动分析的Hughes预测多修正法结合,发展成一种基于GMRES-Hughes-Newmark的稳定算法,用于计算具有复杂几何边界的强耦合流激振动问题．以混流式水轮机叶道为数值算例的计算表明,模拟结果与试验实测结果吻合较好．     

弹性厚板的分区广义变分原理

本文提出弹性厚板分区广义变分原理,其要点如下:1.各分区可任意定为势能区或余能区.分区势能、分区余能、分区混合变分原理是它的三种特殊形式.2.每个分区中独立变分变量的个数可任意规定.每个分区可定为单类变量区、二类变量区或三类变量区.3.每个交界线上的位移和力的连接条件可以放宽.这个原理为非协调元的厚板有限元法提供理论基础.各种厚板有限元模型可看作这个原理的特殊应用.特别是弹性厚板分区混合变分原理的提出为分区混合有限元法应用于厚板问题打下了基础.     

Hamilton等参元与智能叠层板的半解析法

根据压电材料修正后的Hellinger-Reissner(H-R)变分原理,建立了各向异性压电材料4节点Hamilton等参元的一般形式．为智能叠层板自由振动问题和带有压电块的叠层悬臂梁的瞬态响应等问题提出了一种新的半解析法．数学模型的基本步骤:将压电层和主体层看成独立的三维体,在平面内离散各层,分别建立各层的方程;根据主体层和压电层在连接界面上广义应力和广义位移的连续条件,联立主体层和压电层的方程得到全结构的控制方程．等参元不限制智能板侧面的几何边界形状、板的厚度和层数,有广泛的应用领域．     

更一般的杂交广义变分原理及有限元模型

本文根据钱伟长教授提出的更一般的广义变分原理,给出了适用于有限元法中的更广义杂交变分原理,并由此建立了新的广义杂交模理. 进一步以变厚度薄板弯曲单元为例,对基于各种不同的广义变分原理建立的各种杂交元做了比较.     

一族新的三维体元——混合刚度有限元

对于三维连续介质的有限元分析,一个通用的二次有限单元体是所谓20节点等参元.尽管这个元素已富有成效地被普遍应用,但是,它需要的节点自由度太多与其达到的二次多项式的逼近精度却十分不相称,显得计算效率很低.基于混合刚度有限元法的一     

Fourteen-Node Mixed Stiffness Element and Its Computational Comparisons with Twenty-Node Isoparametric Element

In this paper, a family of 3-dimensional elements different from isoparametric serendipity is developed according to the variational principle and the convergence criteria of the mixed stiffness finite element method. For the new family, which is named mixed stiffness elements, the number of nodes on the quadratic element is not 20 but 14. Theoretical analysis and various computational comparisons have found the mixed stiffness element superior over the isoparametric serendipity element, especially a substantial improvement in computational efficiency can be achieved by replacing the 20 node-isoparametric element with the 14-node mixed stiffness element.     

Mixed finite element models for free vibrations of thin-walled beams

Simple mixed finite element models are developed for the free vibration analysis of curved thin-walled beams with arbitrary open cross section. The analytical formulation is based on a Vlasov's type thin-walled beam theory which includes the effects of flexural-torsional coupling, and the additional effects of transverse shear deformation and rotary inertia. The fundamental unknowns consist of seven internal forces and seven generalized displacements of the beam. The element characteristic arrays are obtained by using a perturbed Lagrangian-mixed variational principle. Only C⁰ continuity is required for the generalized displacements. The internal forces and the Lagrange multiplier are allowed to be discontinuous at interelement boundaries.

Numerical results are presented to demonstrate the high accuracy and effectiveness of the elements developed. The standard of comparison is taken to be the solutions obtained by using two-dimensional plate/shell models for the beams.     

非均匀Reissner板弯曲的精确元法

本文在阶梯折算法和精确解析法的基础上,提出构造有限元的新方法——精确元法.该方法不用变分原理,可适用于任意变系数正定和非正定偏微分方程.利用该方法,得到Reissuer板弯曲的一个非协调单元,它具有十五个自由度.由于节点位移参数仅含有挠度和转角,因此处理任意边界条件非常容易.文中给出证明,位移和内力均收敛于精确解.由精确元法所得到的单元不仅能用于厚板,也可用于薄板.文末给出四个算例.算例表明,利用本文的方法,可获得满意的结果,并有较高的数值精度.     

弹性力学平面问题的精确元法

本文在阶梯折算法[1]和精确解析法[2]的基础上,提出构造有限元的新方法——精确元法.该方法不用一般变分原理,可适用于任意变系数正定和非正定偏微分方程.利用该方法得到弹性力学平面问题的一个非协调任意四边形单元.它具有八个自由度.由于没有采用雅可比变换,该单元可以蜕化为三角形单元,在工程中使用起来较为方便.文中给出收敛性证明.文末给出算例,位移和应力均给出较好的结果,在单元的节点上有较好的数值精度.