拱形金属薄膜非线性力学行为数学建模及其计算

对大变形金属薄膜结构塑性应力应交关系、几何关系和静力平衡关系进行整理和适当交换，将其转化成由3个微分方程和1个代数约束方程组成的初值问题的1阶微分代数方程。采用可变步长和交阶的Klopfenstein-Shampine数值微分方法和Newton-Raphson求解方法，可求得膜片任何位置在任意时刻的应力、应交和变形等力学参量，还可以估算出膜片的极限荷载。最后对一个实例作了数值分析，其计算结果与实验数据得到了较好的符合。     

数字梯度敏感方法及其在航空透明件断裂力学中的应用

本文将数字梯度敏感方法用于航空透明件断裂力学问题研究。首先,基于透明材料的弹性-光学效应,建立了透明件应力状态与光线穿过透明件后的偏转角之间的关系。在平面应力假设下,利用最小二乘拟合建立了I型裂纹尖端应力强度因子与光学偏转角的关系。其次,通过数字梯度敏感方法搭建非接触光学测试平台,开展了带单边裂纹的航空有机玻璃试件三点弯曲实验,应用数字梯度敏感方法提取了I型裂纹尖端应力强度因子。最后,通过选择不同计算子区域和步长大小,分析了数字梯度敏感方法中的子区域和步长选择对计算结果的影响。研究结果表明,数字梯度敏感方法实验所得应力强度因子与经验公式计算所得结果偏差小于10%,通过增加最小二乘拟合项数以及合理的子区域和步长选择可以减小数字梯度敏感方法计算应力强度因子误差。     

热结构稳态响应的耦合灵敏度分析方法

研究结构稳态热变形和热应力的灵敏度分析方法，给出了直接法和伴随法两种算法。考虑了温度场的耦合作用，在直接法中需要计算温度场对设计变量的导数，在伴随法中需要计算热载荷对温度场的导数。对尺寸和形状两类设计变量的灵敏度分析算例，验证了本文方法的精度。伴随法在应用程序中的实现，为大型结构优化提供了高效率的灵敏度计算方法。     

有理多项式技术有工程结构可靠度分析中的应用

给出了在相关空间中改进JC方法计算结构可靠指标的迭代格式,并采用有理多项式技术计算功能函数的偏导数,以模拟实际工程中常见的功能函数不能明确的可靠度计算问题。因此,功能函数无论是线性或非线性,显式或隐式,该方法都简单且适用。数值结果表明本文方法具有较好的效率和精度。     

最优步长因子法在桁架结构尺寸优化方面的应用

针对桁架结构尺寸优化的特性,依据原约束优化问题的对偶函数关于KKT乘子的一阶偏导数确定乘子的寻优方向;依据对偶函数的极值必要条件和约束优化问题的KKT条件,推导乘子迭代的最优步长因子;依据广义Lagrange函数关于各杆横截面积一阶偏导数应为零的极值必要条件,推导出求解该非线性方程组的优化迭代求解式及其步长因子;通过2种不同约束条件的10杆桁架结构尺寸优化算例验证了本文方法可自动确定各迭代求解式中的步长因子;与已有文献采用序列二次规划法的算例相比,本文方法无需采用一维搜索法寻找步长因子,可大幅度减少计算时间。     

单向轴压条件下内置椭圆三维裂纹扩展无网格方法的研究

根据三维裂纹前沿局部坐标系中主法平面内的周向应力计算公式,可以确定主法平面内的最大周向应力σθ,并由最大周向拉应力裂纹破裂准则确定裂隙岩体的破裂载荷和裂纹的破裂方向以及破裂步长。在三维无网格方法的节点的影响域中,选择合适的节点密度,以确保计算精度,并对单向轴压条件下内置三维裂纹扩展进行了数值模拟研究。根据数值计算结果,分析了破裂载荷、裂纹扩展角和扩展步长,揭示了内置三维裂纹的破裂过程,结合插值法清楚地展示了三维裂纹的破裂曲面形态。研究结果表明,针对三维裂纹破裂过程和破裂曲面形态无网格方法数值计算结果与FLAC-3D计算结果和试验结果吻合较好。     

瞬态热传导问题的精细积分-双重互易边界元法

采用双重互易边界元法结合精细积分法求解二维含热源的瞬态热传导问题。针对边界积分方程中热源项和温度关于时间导数项引起的域积分,采用双重互易法处理,将域积分转换为边界积分。采用边界元法将边界积分方程离散后,得到关于时间的微分方程组,并利用精细积分法处理其中的指数型矩阵;对于微分方程组中由边界条件和热源项引起的非齐次项,采用解析的方法计算。为了比较精细积分-双重互易边界元法的计算效果,同时使用有限差分法计算温度对时间的导数项。通过数值算例验证了本文方法的有效性和精确性。计算结果表明:时间步长对于精细积分-双重互易边界元法的结果影响较小,而有限差分法对时间步长比较敏感且只在时间步长选取较小时有效;当选取较大时间步长时,精细积分-双重互易边界元法依然具有良好的计算精度。     

复振型导数计算的移位多次模态加速法

本文研究了含粘阻尼结构的复振型导数计算问题，将导数计算问题成是一个简谐激谐的振的响应计算问题，采用多次模态加速法和移位法，导出了复振型导数计算的移位多次模态加速法，该方法具有确的数学和物理意义，可导出了已有的各种计算方法。算例表明本方法计算复振型导数只需用很少几个模态即可保证精度，计算量大大减少。     

Hermite梯度重构核近似配点法及其在功能梯度材料板的静力分析中的应用

由于直接配点法在求解边值问题时边界上的求解精度较低,本文提出了Hermite梯度重构核近似配点法（HGCM）来改进边界求解精度。重构核近似是无网格法中一种常用的近似函数,但是其在求解高阶导数时格式复杂且非常耗时。HGCM采用梯度重构核近似构建形函数的任意高阶导数,提高了计算效率;通过Hermite配点法构建离散方程,提高了边界求解精度。这种方法在求解对应变系数四阶偏微分方程的功能梯度材料板的静力问题时精度高,计算效率高,并可进一步推广应用于高阶偏微分方程描述的边值问题。     

热结构瞬态响应的耦合灵敏度分析方法与优化设计

研究结构瞬态热变形和热应力的灵敏度分析方法及其优化设计,灵敏度计算给出了直接法和伴随法两种算法.考虑了温度场的耦合作用,在直接法中需要计算温度场对设计变量的导数,在伴随法中需要计算热载荷对温度场的导数.数值算例验证了该方法的精度.伴随法在应用程序中的实现,为大型结构优化提供了高效率的灵敏度计算方法.     

A FINITE ELEMENT ANALYSIS OF THE LARGE PLASTIC DEFORMATION BEHAVIOR OF AMORPHOUS GLASSY CIRCULAR POLYMERIC BARS

The BPA eight chain molecular network model is introduced into the finite element for-mulation of elastic-plastic large deformation.And then,the tensile deformation localization develop-ment of the amorphous glassy circular polymeric bars(such as polycarbonates)is numerically simulat-ed.The simulated results are compared with experimental ones,and very good consistence betweennumerical simulation and experiment is obtained,which shows the efficiency of the finite elementanalysis.Finally,the influences of the microstructure parameter S_ on tensile neck-propagation andtriaxial stress effect are studied.     

复合材料层合板的HOFFMAN塑性区尺寸因子

本文在Hoffman强度准则的基础上,采用复合材料层合板第K层中心穿透裂纹尖端附近的应力分量,得到一个计算复合材料层合板Hoffman塑性区尺寸因子的公式.     

塑性应变与塑性应变率意义下的滑坡判据研究

本文在目前滑坡研究中滑坡判据没有统一标准的前提下, 提出了小变形条件下的统一滑坡判据, 并讨论了在数值模拟时不同方法的精度问题及应力间断线上重要的一些性质。对有限变形时塑性应变或塑性应变率作为滑坡判据的可能性作了进一步的分析。最后, 指出了目前滑坡研究中存在的最大缺陷及解决方法。     

基面力概念在几何非线性余能有限元中的应用

以基面力为基本未知量描述一个弹性系统的应力状态并表征单元的余能,将大变形的余能分解为变形余能部分和转动余能部分,采用Lagrange乘子法放松单元的平衡方程,利用已有的弹性大变形余能原理建立了一种几何非线性显式有限元模型,编制了相应的几何非线性余能原理有限元程序. 数值算例表明:该方法具有较好的收敛性和计算精度,可进行大载荷步的大位移、大转动计算.      

复杂加载下混凝土的弹塑性本构模型

混凝土材料在不同应力路径下或复杂加载条件下会表现出差异性显著的应力应变关系,在小幅循环加载条件下,其应力应变关系会表现出类似于弹性变形的滞回曲线.在不同应力水平下,混凝土的应力应变关系以及破坏特性都具有静水压力相关特点,即随着静水压力增大,各向异性强度特性弱化.此外,混凝土受压及受拉破坏机理不同,因而对应于混凝土硬化损伤亦有不同,即可分为受压硬化损伤,受拉硬化损伤及两者的混合硬化损伤类型.基于Hsieh模型,对该模型进行了三点改进.（1）针对小幅循环加载下混凝土无塑性变形的试验规律,而模型中在应力水平较低的循环加载条件下始终存在塑性变形的预测问题,采用在边界面模型框架下,设置了应力空间的弹性域,初始屈服面与后续临界状态屈服面几何相似的假定.（2）基于广义非线性强度准则将原模型采用变换应力方法将其推广为三维弹塑性本构模型,采用变换后模型可合理的考虑不同应力路径对于子午面以及偏平面上静水压力效应形成的影响,并避免了边界面应力点奇异问题.（3）分别对拉压两种加载损伤模式建议了相应的硬化参数表达式,可分别用于描述上述加载中产生的应变软化及强度退化行为.基于多种加载路径模拟表明:所建立的三维弹塑性本构模型可合理地用于描述混凝土的一般应力应变关系特性.      

Nonlinear analysis of shear deformable beam-columns partially supported on tensionless three-parameter foundation

In this paper, a boundary element method is developed for the nonlinear analysis of shear deformable beam-columns of arbitrary doubly symmetric simply or multiply connected constant cross-section, partially supported on tensionless three-parameter foundation, undergoing moderate large deflections under general boundary conditions. The beam-column is subjected to the combined action of arbitrarily distributed or concentrated transverse loading and bending moments in both directions as well as to axial loading. To account for shear deformations, the concept of shear deformation coefficients is used. Five boundary value problems are formulated with respect to the transverse displacements, to the axial displacement and to two stress functions and solved using the Analog Equation Method, a BEM-based method. Application of the boundary element technique yields a system of nonlinear equations from which the transverse and axial displacements are computed by an iterative process. The evaluation of the shear deformation coefficients is accomplished from the aforementioned stress functions using only boundary integration. The proposed model takes into account the coupling effects of bending and shear deformations along the member as well as the shear forces along the span induced by the applied axial loading. Numerical examples are worked out to illustrate the efficiency, wherever possible, the accuracy and the range of applications of the developed method.     

板状结构自发大变形问题的三维数值分析

花朵、树叶等自然界的板状结构因发生大变形而具有婀娜多姿的形状,工程实际的板状结构也会出现类似现象.板状结构是指完全相同的面状结构在厚度方向堆砌而形成的厚度尺寸比面内尺寸相比较小的一类特殊三维结构,在生长或外部环境等因素产生的不协调变形激励下,这类结构会形成内部应力,本文研究因之而发生的自发大变形行为.首先,将板状结构的...     

Nonlinear analysis of beams of variable cross section,including shear deformation effect

In this paper the analog equation method (AEM), a BEM-based method, is employed for the nonlinear analysis of a Timoshenko beam with simply or multiply connected variable cross section undergoing large deflections under general boundary conditions. The beam is subjected in an arbitrarily concentrated or distributed variable axial loading, while the shear loading is applied at the shear center of the cross section, avoiding in this way the induction of a twisting moment. To account for shear deformations, the concept of shear deformation coefficients is used. Five boundary value problems are formulated with respect to the transverse displacements, the axial displacement and to two stress functions and solved using the AEM. Application of the boundary element technique yields a system of nonlinear equations from which the transverse and axial displacements are computed by an iterative process. The evaluation of the shear deformation coefficients is accomplished from the aforementioned stress functions using only boundary integration. Numerical examples with great practical interest are worked out to illustrate the efficiency, the accuracy and the range of applications of the developed method. The influence of the shear deformation effect is remarkable.     

Base force element method of complementary energy principle for large rotation problems

Using the concept of the base forces, a new finite element method （base force element method, BFEM） based on the complementary energy principle is presented for accurate modeling of structures with large displacements and large rotations. First, the complementary energy of an element is described by taking the base forces as state variables, and is then separated into deformation and rotation parts for the case of large deformation. Second, the control equations of the BFEM based on the complementary energy principle are derived using the Lagrange multiplier method. Nonlinear procedure of the BFEM is then developed. Finally, several examples are analyzed to illustrate the reliability and accuracy of the BFEM.     

非比例加载下两相介质弹塑性特性的有限元分析

在Ｉｌｙｕｓｈｉｎ五维应变空间下,利用弹塑性有限变形的有限元法。研究了两相介质在非比例加载下的弹塑性特性,提出了应力模、延迟角随应变路径、转折角变化的近似计算公式,计算结果还表明,工程材料的许多复杂本构特性都是由第二相介质引起的．