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相似文献
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1.
发展了一种用于辐射换热条件下瞬态热一结构分析的空间薄壁杆单元,其截面形式可以是任意形状的闭口截面和单支开口截面。该单元温度场分解为平均温度和多谐摄动温度,沿杆轴方向采用两结点线性插值,沿杆截面周向用三角函数展开,每结点含多个解耦的自由度,其中结点平均温度方程同传统一维温度有限元方程为非线性,各谐摄动温度方程为线性,然后利用Wilson-θ法求解结构的瞬态温度场。本文选择了两节点Bernoulli直梁单元得到准静态热弹性有限元方程并求解,针对非对称开口截面考虑了翘曲变形及弯扭耦合的影响。温度场引起的等效热载荷不仅包括常规的热轴力,还包括热弯矩以及热双力矩。本文针对不同截面形式的粱单元给出了瞬态温度场以及热变形的验证算例,并通过与商业程序中二维壳元计算结果的比较说明了本文所提出方法的正确性和高效性。  相似文献   

2.
辐射换热下瞬态热-结构分析的一种空间薄壁杆单元   总被引:1,自引:0,他引:1  
发展了一种用于辐射换热条件下瞬态热-结构分析的空间薄壁杆单元,其截面形式可以是任意形状的闭口截面和单支开口截面。该单元温度场分解为平均温度和多谐摄动温度,沿杆轴方向采用两结点线性插值,沿杆截面周向用三角函数展开,每结点含多个解耦的自由度,其中结点平均温度方程同传统一维温度有限元方程为非线性,各谐摄动温度方程为线性,然后利用Wilson-θ法求解结构的瞬态温度场。本文选择了两节点Ber-noulli直梁单元得到准静态热弹性有限元方程并求解,针对非对称开口截面考虑了翘曲变形及弯扭耦合的影响。温度场引起的等效热载荷不仅包括常规的热轴力,还包括热弯矩以及热双力矩。本文针对不同截面形式的梁单元给出了瞬态温度场以及热变形的验证算例,并通过与商业程序中二维壳元计算结果的比较说明了本文所提出方法的正确性和高效性。  相似文献   

3.
大型空间结构的热-动力学耦合问题及其有限元分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
论文对辐射换热条件下闭口薄壁杆件与单枝开口薄壁杆件的瞬态温度场问题,提出了一种一维傅立叶温度有限元,克服了传统一维温度单元只能计算薄壁杆截面平均温度的缺点,通过增加结点摄动温度自由度的方法,该一维单元能计算杆截面的温度分布.在此一维温度单元与梁位移单元相协调的基础上,进一步发展了大型空间结构热诱发振动稳定性判据与热颤振响应有限元计算方法.对于柔性空间结构发展了考虑几何非线性的热-结构动力学耦合有限元计算方法,成功地对这类结构的热动力屈曲问题进行了数值模拟.  相似文献   

4.
大型空间结构的热-结构动力学分析   总被引:10,自引:0,他引:10  
空间结构在辐射换热条件下的热诱发振动是导致空间结构失效的一种典型模式。弄清热诱发振动的机理是理解热诱发振动失效的基础。本文针对常见的空间薄壁杆件结构,提出了一种能够对复杂结构及加热条件进行比较准确的温度场和热诱发振动分析的有限元方法。首先利用一种Founer-有限元方法,同时考虑杆截面内平均温度和温差,求解了包含辐射非线性的瞬态热传导问题,并推荐了一种有效降低求解规模的减缩近似方法-Lanczos方法。在此基础上,用有限元法求解了杆件结构的热诱发振动问题,并就杆截面内平均温度和温差对结构振动的影响以及最大动静态响应的比值分别进行了讨论.合理地解释了一类常见的热诱发振动现象,本文的数值算例说明了这点。  相似文献   

5.
星载抛物面天线反射器瞬态热分析   总被引:3,自引:0,他引:3  
星载抛物面天线反射器在周期性的冷热辐射作用下,产生不均匀的温度分布,过大的热变形严重影响卫星通信质量;采用一种8节点超参数壳单元,通过每个节点3个温度自由度表示厚度方向上温度的非线性变化,建立了单元内温度插值函数,基于Galerkin法推导出受太空冷热辐射作用的壳体结构瞬态热分析的有限元公式;运用几何解析法分析了抛物面壳体的自遮挡.对某静止轨道卫星抛物面天线进行稳态分析,与FDM结果比较表明该方法具有良好的计算精度;在不考虑地球辐射热流作用的一个运行周期的瞬态分析中,该反射器上瞬间温差达200 K,在日照区内温度变化达250 K.  相似文献   

6.
采用有限单元-有限差分法研究了热流密度/对流换热边界条件下双向梯度板的瞬态热传导问题。采用细观力学方法结合混合律准则描述了材料的热物理属性,通过推导一种8节点高阶双向梯度单元建立了结构的连续梯度有限元模型。计算给出了在考虑组份属性的温度效应下,温度场的时间响应历程以及不同时刻温度场的空间分布形式,并与材料属性温度无关时的计算结果进行了比较,最后讨论了相关参数对瞬态温度场的影响规律。结果表明:温度较低时,组份属性的温度效应对瞬态温度场影响很小;在 y 方向热流密度载荷的作用下,温度场沿 x、y 方向均存在明显的梯度;x 方向组份体积分布系数的增大,延长了温度场达到稳态需要的时间,绝对温度梯度沿 x、y 方向均增大,稳态温度场升高;增大 y 方向组份体积分布系数的值,情况相反。  相似文献   

7.
郭小明  张辉 《力学季刊》2000,21(2):214-218
在腔体内部有高温流体,其外壳等固体材料的物性温度而为化的瞬态非线性问题中,其边界条件的确定十分困难。本文采用流一固“混合流”模式进行温度场的计算,由于方程计及了瞬态、复杂形状、浮动外边界条件等因系,采用变步长的控制容积法及时域有限元进行计算。对某个高温燃气配气阀的温度场及热变形进行了数值计算,得到与实测相符的结果。  相似文献   

8.
根据传热学原理,利用有限元方法对沥青混合料摊铺后的路面结构瞬态温度场进行数值模拟.在瞬态温度场分析过程中,不仅考虑了热沥青混合料面层对下承层结构的热传导作用,而且也考虑了面层表面与外界环境的热交换,包括:太阳辐射、空气对流换热和路表辐射换热等.将各不同时刻的路面结构温度场作为荷载施加到结构上,计算出半刚性基层结构的瞬态温度应力场.计算结果表明:热沥青混合料摊铺引起的基层最大温度应力明显小于基层的极限强度,不会造成基层的破坏.  相似文献   

9.
构建金属桁架结构航天器陨落再入气动热环境有限元传热模型,是准确预测在轨服役期满大型航天器陨落再入解体过程温度分布的关键。本文采用四节点四面体单元对空间进行离散,依据泛函理论,将传热控制方程离散为代数方程组;利用有限单元法总体合成得到具有对称正定、高度稀疏和非0元素分布的规则性刚度矩阵,发展一维变带宽压缩存贮技术,有效解决大型稀疏矩阵的数据存贮问题;为有效抑制求解过程出现的温度在时间和空间上的振荡问题,发展集中热容矩阵系数处理方法,将热容矩阵的同行或同列元素相加代替对角线元素,使非对角线元素化为0,构造求解三维瞬态温度场的两点向后差分格式、Crank-Nicolson格式和Galerkin格式。通过对正方体瞬态传热计算验证分析,在相同条件下,采用以上三种格式均可获得一致稳定的温度解,并得到与现有ANSYS有限元软件较为吻合的计算结果,验证了所建立三维瞬态传热有限元计算模型的准确可靠性。在此基础上,对铝合金低轨航天器薄壳结构进行了传热计算,给出了类天宫飞行器两舱体陨落飞行107.5 km~90 km不同高度的瞬态温度分布,为这类寿命末期航天器陨落再入解体预报提供理论支撑与可计算模型。  相似文献   

10.
针对八节点相对自由度壳单元,给出了单元内坐标和位移的插值公式,利用HuWashinzu变分原理,基于拟应变法,在大变形情况下推导了拟应变的表达式,构造了带有沙漏控制的动力问题的有限元求解格式。通过算例表明该文提出的基于相对自由度壳元的沙漏控制算法能够很好地解决非线性动力问题,可改善计算精度和计算效率。  相似文献   

11.
针对薄壁圆管的空间结构,分析其在交变热载荷下的疲劳可靠性问题。为同时考虑由截面平均温度和截面温差造成的疲劳损伤,提出了综合利用剩余强度和疲劳累积损伤模型的分析方法。首先根据疲劳累积损伤相等原理,将截面温差造成的多级扰动应力载荷作用频次等效为平均温度下的常幅应力载荷作用次数,从而将两者产生的热应力载荷统一为一常幅载荷,再利用剩余强度模型基于动态应力-强度干涉理论对疲劳可靠度进行分析,得到了结构在综合考虑两种热疲劳状态下的动态可靠度。本方法可避免直接利用疲劳累积损伤理论临界损伤值难以确定的问题,且能体现金属疲劳损伤的真实情况。最后以哈勃望远镜为例,分析了其主梁随疲劳热载荷循环作用下的动态可靠度,得出了一些有意义的结论。  相似文献   

12.
田青龙  於祖庆  兰朋  陆念力 《力学学报》2022,54(9):2588-2600
在轨运行的卫星天线受到太阳辐射热冲击后容易出现热致振动或指向不准确等问题, 严重时会导致航天器失效. 本文提出了一种基于改进模态综合法的刚柔热耦合多体系统建模与降阶方法. 采用绝对节点坐标法单元形函数对柔性天线的位移场与温度场进行统一离散插值, 避免了两种物理场网格不匹配带来的映射误差与效率问题, 并使用绝对节点坐标参考节点描述中心刚体. 在系统方程中考虑了热流输入和表面自热辐射. 针对绝对节点坐标法切线刚度阵高度非线性的特点, 利用一阶泰勒展开对系统动力学和传热学方程进行了分段线性化, 在线性化区间内切线刚度矩阵为常数矩阵, 避免了每个时间步上的弹性力及其雅克比矩阵的迭代计算, 并使得基于模态的降阶手段得以应用. 利用改进的模态综合方法划分子结构并缩减系统自由度. 相邻子结构之间通过约束方程保证连接精度和连续性. 通过纯导热半圆形薄板、薄板的热膨胀、柔性太阳能电池板和刚柔热耦合抛物线天线四个数值算例验证本文所提出方法的有效性. 结果表明, 本文提出的方法在保证仿真精度的前提下缩减了系统规模, 提高了仿真计算效率.   相似文献   

13.
In the present paper, the Preisach model of hysteresis is applied to model cyclic behavior of elasto-plastic material. Rate of loading and viscous effects will not be considered. The problem of axial loading of rectangular cross-section and cyclic bending of rectangular tube (box) will be studied in details. Hysteretic stress–strain loop for prescribed history of stress change is plotted for material modeled by series connection of three unite element. Also moment–curvature hysteretic loop is obtained for a prescribed curvature change of rectangular tube (box). All obtained results clearly show advantages of the Preisach model for describing cyclic behavior of elasto-plastic material.  相似文献   

14.
Flow of a diatomic rarefied gas in a capillary tube of infinite length and an arbitrary cross-section under a given small pressure gradient (Poiseuille flow) or a small temperature gradient (thermal creep) is studied on the basis of a kinetic model that takes account for the rotational degrees of freedom of molecules (R-model). Numerical investigation is carried out for flows between parallel flat plates and in a circular capillary tube at the gas parameters corresponding to nitrogen. The main calculated quantity is the gas flow rate through a tube cross-section. The results are compared with the corresponding data obtained on the basis of the S-model.  相似文献   

15.
A multi-resolution rectangular shell element with membrane-bending based on the Kirchhoff-Love theory is proposed. The multi-resolution analysis (MRA) framework is formulated out of a mutually nesting displacement subspace sequence, whose basis functions are constructed of scaling and shifting on the element domain of basic node shape functions. The basic node shape functions are constructed from shifting to other three quadrants around a specific node of a basic element in one quadrant and joining the corresponding node shape functions of four elements at the specific node. The MRA endows the proposed element with the resolution level (RL) to adjust the element node number, thus modulating structural analysis accuracy accordingly. The node shape functions of Kronecker delta property make the treatment of element boundary condition quite convenient and enable the stiffness matrix and the loading column vectors of the proposed element to be automatically acquired through quadraturing around nodes in RL adjusting. As a result, the traditional 4-node rectangular shell element is a mono-resolution one and also a special case of the proposed element. The accuracy of a structural analysis is actually determined by the RL, not by the mesh. The simplicity and clarity of node shape function formulation with the Kronecker delta property, and the rational MRA enable the proposed element method to be implemented more rationally, easily and efficiently than the conventional mono-resolution rectangular shell element method or other corresponding MRA methods.  相似文献   

16.
高效的三维曲梁单元   总被引:4,自引:0,他引:4  
三维井眼中延伸数千米的三维细长圆截面钢钻柱应力分析问题是一个复杂的力学问题,通常使用有限元数值分析方法对其进行受力分析。而在进行有限元分析时,现有的圆弧曲粱单元和空间直粱单元在几何上都不能很好地模拟三维曲线形状的钻柱。为了确保计算精度.其单元划分势必不能过大,结果是计算时间长,收敛性差。为了解决这一问题,显然必须构建一种新的较有效的曲梁单元。基于自然坐标系,依据圆截面空间曲粱单元节点有6个自由度——3个线位移和3个角位移,利用包含全部刚体位移模式和常应变的形函数,忽略剪切变形,假设变形后的梁轴线的弯曲曲率改变为线性变化,建立起了保证收敛性的具有12个自由度的有初始曲率和挠率的圆截面空间曲梁的有限元模型。为了证明给出的有限元模型的高效性,分析了几个静态问题,并与现有文献中的解析解或数值结果进行了比较。基于所给出的结果,可望该有限元模型可以作为分析三维空间曲粱结构的有效工具。  相似文献   

17.
The finite element theory is presented for the analysis of the dispersive characteristics of elastic waveguides of arbitrary cross-section. The necessary mass and stiffness properties of circular core, circular sleeve, rectangular, and triangular elements are developed. The practical application of these new elements is demonstrated in the calculation of frequency spectra for circular, square, and triangular waveguides and for a fiber reinforced composite. The dispersive characteristics of the composite material are determined from a formulation which models the fiber as a cylinder and the surrounding matrix material as a rectangular section. The numerical results obtained by the finite element analysis are also compared with the available results from other methods.  相似文献   

18.
李恒增  徐新济 《力学季刊》1999,20(4):388-395
本文将有限元法用于高层筒 体结构的整体稳定分析。导出了截面含双对称轴的矩形筒的筒单元刚度矩阵和单元几何刚度矩阵。可用于框筒和筒中筒结构的整体稳定计算。计算结果验证了本文方法的精度。  相似文献   

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