轴对称Poisson方程的Trefftz有限元解法

将径向基函数应用到一类轴对称Poisson方程的数值求解中,提出了一种Trefftz有限元计算格式.非0右端项将问题的特解引入Trefftz单元域内场,致使单元刚度方程涉及区域积分.利用径向基函数对特解近似处理,可消除区域积分,从而保持Trefftz有限元法只含边界积分的优势.为获得特解,选取求解域内所有单元的节点和形心作为基本插值点,而在求解域之外构造一个虚拟边界,在其上布置一定数目的虚拟点作为额外插值点.数值算例验证了该方法的有效性和可行性.     

一种基于新型插值单元的稳态传热边界元法

为了提高边界元法在求解稳态热问题时的计算精度,通过使用一种新型单元插值方法(称为扩展单元插值法),实现对稳态传热问题的求解。扩展单元是在传统不连续单元的边界配置虚拟节点,把原非连续单元变成高阶的连续单元,并将其作为新型的插值单元。利用虚拟节点和内部源节点构造出的插值函数,可以精确插值边界上的连续和不连续物理场,插值精度要比原始不连续单元高两阶。另外,边界积分方程只在传统的不连续单元的内部节点处建立,只包含内部源节点的自由度,而虚拟节点的自由度可通过与内部源节点之间的关系消除掉,因此最终系统方程的求解规模不会增加。这种新型的插值单元继承了传统连续和不连续单元的优点,克服了它们的缺点。数值结果表明,此种单元插值方法用于求解稳态传热问题时可获得较高的计算精度和收敛性。     

非线性自治振动系统同宿解的广义双曲函数摄动法

提出广义的双曲函数摄动法,用于求解强非线性自治振子的同宿解,克服一般摄动步骤中派生方程须存在显式精确同宿解的限制．以广义双曲函数作为摄动步骤的基本函数,拓展了基于双曲函数的摄动法的适用范围．对同时含2,3次和含4次强非线性项的系统进行求解分析,验证了方法的有效性和精度．     

一种新的光滑支持向量机的构造及其应用

光滑支持向量机模型是一个无约束、可微的最优化模型,人们可应用快速的最优化方法求解,从而降低计算复杂性.在前人工作的基础上研究基于样条函数的光滑支持向量机,采用广义三弯矩方法构造出六次样条光滑函数,分析了其性能及与正号函数的逼近精度,实现了求解六次样条光滑支持向量机的算法,与其它光滑支持向量机进行了比较,取得了较好的结果.最后将其应用于心脏病模型诊断,实验结果显示具有较高的精确度.     

求Hermite型插值的广义Lagrange基函数方法

在求解各类插值问题时候,各种不同方法的本质是基函数的构造不同.本文提出了每个节点上的广义La-grange基函数概念,从数据表列的角度出发给出了一种求解各类Hermite插值问题的新方法,并通过各种算例进行了验证.     

热力耦合问题数学均匀化方法的计算精度

针对复合材料周期结构热力耦合问题,推导了数学均匀化方法(MHM)各阶摄动位移的全解耦格式和各阶影响函数控制方程,并使用加权残量方法将其转化为易于编程计算的有限元列式.在解耦格式中,各阶摄动位移是相应阶次的影响函数和宏观场导数的乘积,即影响函数和宏观场导数的计算精度共同决定摄动项的精度,其中影响函数的计算精度取决于单胞边界条件选取的适用性.针对2D复合材料周期结构静力学问题,使用超单胞边界条件和微分求积有限单元法,分别提高了影响函数和宏观场导数的求解精度.在此基础上,研究了高阶展开项对MHM真实位移精度的影响,确定了二阶摄动项的必要性.最后应用最小势能原理评估了各阶摄动MHM的计算精度,数值比较结果验证了结论的正确性.     

Hamilton力学下框筒结构剪滞翘曲位移模式研究北大核心CSCD

以等效连续化方法为基础,在Hamilton力学体系下进行框筒结构剪滞翘曲位移函数精度研究.选用不同类型的函数描述翼缘板的剪滞翘曲位移,考虑等效板的剪切变形以及纵向翘曲,得到不同位移函数下结构的总势能及对应的Lagrange函数.区别于传统变分法,该文在Hamilton力学体系下进行问题研究,导出框筒结构弯曲问题的Hamilton正则方程并利用精细积分法求解,进而计算出柱轴力并进行精度分析.算例验证结果表明:使用该方法分析框筒结构的剪力滞后效应是简单可行的;不同翘曲位移函数的选择对侧移计算结果影响不大,对轴力求解结果影响较大,二次抛物线最能反映等效翼缘板的实际翘曲位移;对比不同形式荷载作用下等效翼缘板中应力分布可知,随着外荷载合力作用点位置的升高,结构顶部负剪力滞后效应逐渐减弱至消失.     

基于改进位移模式的二维有限元线法超收敛算法

提出了基于改进位移模式的二维有限元线法超收敛算法．利用单元内部需满足平衡方程的条件,推导了超收敛计算的解析公式的显式,即将高阶有限元线法解的位移模式用常规有限元线法解的位移模式表示．用常规有限元线法解的位移模式与高阶有限元线法解的位移模式之和构造新的位移模式,基于线性形函数,采用变分形式推导了有限元线法求解的修正的常微分方程组．该算法在前和后处理同时使用超收敛计算公式,在原有试函数的基础上,增加了高阶试函数．使得单元内平衡方程的残差减少,从而达到提高精度的目标．对于二维Poisson方程问题,给出了有代表性的算例,结点和单元内的位移、导数的收敛精度得到了极大的提高．     

正交异性双材料反平面界面端应力场分析

研究了正交异性双材料反平面平板搭接界面端问题,采用复合材料断裂复变方法,构造了特殊应力函数,通过求解一类广义重调和方程组的边值问题,推导出平板搭接界面端的应力场、位移场及应力强度因子的表达式,结果显示:反平面搭接界面端只有一个奇异性,上下材料常数比Γ＞0时,应力场具有幂次奇异性,且随着Γ增长,奇异指数趋于-1/2,并利用有限元算例分析验证了理论结果的正确性.     

多变量样条元法分析弹性地基板的弯曲,振动与稳定问题

本文应用双三次乘积型二元B样条函数来构造弹性地基板的位移、弯矩和扭矩等多种场函数，由混合变分原理导出多变量样条无法方程．文中，对弹性地基板的弯曲、振动与稳定问题作了分析与计算．由于，本文方法设定了各自独立的场函数，因此，所算得的场未知量如位移、弯矩和扭矩值的精度均比较高。     

Special finite elements including stress concentration effects of a hole

Special finite elements are developed for efficient evaluation of stress concentration around a hole in complex structures. The complex variable formulation is used to derive a special set of stress functions which embody the stress concentration effects of a hole. The stress functions in combination with an independent displacement field assumed along the element boundary are used to construct the special elements with the hybrid displacement finite element method. Several numerical examples are presented to show that the used of special finite elements to model critical regions around a hole, together with conventional finite elements to model other regions away from the hole, is not only very convenient but also highly accurate.     

含椭圆形夹杂的压电体平面应变问题

利用复变函数理论,对在无限远处均匀应力和电位移载荷作用下的含有椭圆形弹性夹杂的横观各向同性压电材料,作了力电分析．在该文有限元结果和前人相关理论解的基础上,提了出一个可接受的认为弹性夹杂体内的应力场为常应力场的假设．在采用了不导通电边界条件之后,获得了以复势形式表示的压电基体的和弹性夹杂体内部的应力场解．     

拟协调元的位移函数及节点误差

直接从拟协调元的应变关系式出发,构造具有明确物理意义的幂级数形式的位移函数,从而得出拟协调元的常应变和线性应变系数是唯一确定的,它只能收敛到常应变的结论;刚性位移项可采用多种构造方法,不同的方法得出的节点参数与单元的本身的节点参数存在不同阶次的误差,这与常规位移法有限元不同。     

On the construction of optimal mixed finite element methods for the linear elasticity problem

Summary The mixed finite element method for the linear elasticity problem is considered. We propose a systematic way of designing methods with optimal convergence rates for both the stress tensor and the displacement. The ideas are applied in some examples.     

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.     

A higher order finite element including transverse normal strain for linear elastic composite plates with general lamination configurations

This paper describes a higher-order global-local theory for thermal/mechanical response of moderately thick laminated composites with general lamination configurations. In-plane displacement fields are constructed by superimposing the third-order local displacement field to the global cubic displacement field. To eliminate layer-dependent variables, interlaminar shear stress compatibility conditions have been employed, so that the number of variables involved in the proposed model is independent of the number of layers of laminates. Imposing shear stress free condition at the top and the bottom surfaces, derivatives of transverse displacement are eliminated from the displacement field, so that C⁰ interpolation functions are only required for the finite element implementation. To assess the proposed model, the quadratic six-node C⁰ triangular element is employed for the interpolation of all the displacement parameters defined at each nodal point on the composite plate. Comparing to various existing laminated plate models, it is found that simple C⁰ finite elements with non-zero normal strain could produce more accurate displacement and stresses for thick multilayer composite plates subjected to thermal and mechanical loads. Finally, it is remarked that the proposed model is quite robust, such that the finite element results are not sensitive to the mesh configuration and can rapidly converge to 3-D elasticity solutions using regular or irregular meshes.     

集中力作用下两相饱和介质二维位移场Green函数

由于工程场地的对称性,集中力作用下的位移场Green函数在土力学、地震工程学和动力基础方面的应用需以二维模型出现．在理论推导上Green函数的二维模型要比三维模型复杂．根据丁伯阳等人已得到的三维位移场中集中力作用下两相饱和介质位移场Green函数,采用De Hoop与Manolis给出的沿x3方向在无穷域积分方法,得到了集中力作用下两相饱和介质二维位移场Green函数．相比已有的工作,所得结果不仅简单,且是解析解．     

具有对角线化的一致质量矩阵的动力有限元和弹塑性撞击计算

在EPIC[1、2]、NONSAP[3]等弹塑性撞击计算的有限元程序中,都有一些共同的弱点.所有这些程序,都采用静力学问题中常用的简单线性形状函数来描写各位移分量.在这样的有限元法中,应变和应力分量在每一有限元中都是常量.但在运动方程中,应力分量都是以它们的空间导数的形式出现的.于是,在采用了线性形状函数来表达的位移分量以后,应力分量对运动方程的贡献必恒等于零.克服这种困难的一般方法是通过虚位移原理,把运动方程化为能量关系的变分形式,从而建立既作用在结点上而又在每一有限元内自相平衡的人为内力平衡系统.把施加在某一结点上的所有相邻有限元的人为内力的作用叠加在一起,就能计算这一结点的加速度.但是从虚位移原理化为能量关系的变分形式时,要求位移和应力在积分域内处处连续.也就是说,要求位移和应力有限元都是协调的.我们很易看到,线性形状函数所描述的位移有限元是连续协调的,但其有关的应力分量在有限元界面上,则并不连续.所以,这样的有限元处理,是否收敛并无把握,即使从近似角度看,也是难以令人满意的.而且,为了计算结点的加速度,我们还应该有建立质量矩阵的计算规则.目前有两种计算方法:一种是集总(lumped)质量法,另一种是一致(consistent)质量法[4].     

Construction of discontinuous solutions of the equations of plane elasticity theory by the method of generalized functions

A method of constructing integral representations of discontinuous solutions of the equations of plane elasticity theory based on the use of the apparatus of the theory of generalized functions is described. The representations obtained for the discontinuous displacement and stress field components are utilized to formulate sufficient conditions ensuring continuous continuation of these quantities at almost all the points of the line of discontinuity.     

A new boundary element technique for solving plane problems of linear elasticity: improved theory and an application to fracture mechanics

An improved boundary element method for solving plane problems of linear elasticity theory is described. The method is based on the Muskhelishvili complex variable representation for the displacement and stress fields. The paper shows how to take account of symmetry about the x and/or y axes.The potential accuracy of the method is illustrated by its application to the calculation of stress intensity factors associated with cracks in both a square and a circular plate. The crack problem is solved using a Gauss-Chebyshev representation of a singular integral equation by a set of linear algebraic equations. The integral equation involves an analytic function which takes account of the presence of the external boundary. This function is determined directly using the boundary element method.Numerical results are believed to be more accurate than the existing published values which are quoted to four significant figures.