一个高精度八结点六面体单元

本文提出一个用于分析弹性空间问题的八结点六面体单元Q_(c11)用等参拟协调元方法,建立了该单元的单元函数显式。Q_(c11)单元具有24个结点参数和9个内部自由度,对长方体单元,其结果与Q_6单元相同,能精确描述纯弯曲,对任意六面体单元能保证通过分片试验。该单元具有构造简单,计算方便,精度高等优点。实际上,这里提供了一种构造非协调等参元单元函数的方法。     

带转动自由度的内参型非协调元研究

非协调元虽然破坏了单元间位移的连续性，却能很好地反映弯曲类变形，然而在不增加单元结点自由度的情况下，非协调元的计算精度总是滞留在某一水平，无法得到较大改变。基于修正后的位移型Reissner泛函中引入独立转动场的变分原理，采用连续介质力学中的转动自由度的定义，转动场采用结点真实转角来插值，结合平面四结点单元讨论了有效附加非协调位移的合理形式，引入了适用于任何四边形单元的非协调位移函数，从而建立了一种带转动自由度的平面四结点内参型非协调元模型。本文单元能通过分片检验，并易于与带转动自由度的梁单元相容．教值算例表明具有较高的计算精度。     

非协调四结点平面等参位移元新列式方法

本文导出一种等参协调元位移函数的新的表示方法，在此基础上建立起了构造等参非协调元的新方法，作为实例，构造出两个可以给出单刚显式的四结点平面非协调新单元。     

拟协调等腰梯形壳元显式几何刚度阵及屈曲分析

采用拟协调元方法推导了等腰梯形薄壳元的显式几何刚度阵，用于组合结构屈曲分析的计算，结果表明，这种单元的几何刚度阵收敛快、精度好。     

拟协调等梯形壳元显式几何刚度阵及屈曲分析

采用拟协调元方法推导了等腰梯形薄壳元的显式几何刚度阵，用于组合结构屈曲分析的计算，结果表明，这种单元的几何刚度阵收敛快、精度好。     

用拟协调元直接构造平面任意四边形单元——进入有限元的禁区

利用拟协调元方法,在直角坐标系下直接构造了一族平面任意四边形单元,对其收敛性进行了分析,并与平面等参元进行了对比研究.结果证明平面任意四边形单元可采用多项式基函数直接列式,并可以保障单元的收敛性;拟协调元列式可以使平面问题的有限元方法得到统一.与平面等参元相比,单元列式简单,性能稳定,具有显式的刚度阵,计算量小,这说明对于有限元平面问题拟协调元是一个更正确、有效的做法.      

弹性力学中的一种非协调数值流形方法

通过引入数学和物理双重网格，将插值域与 积分域分别定义在不同的覆盖上，即在数学网格上进行插值函数的构造，物理网格上完成 系统能量泛函积分运算，最后通过覆盖权函数将二者联结在一起. 它的优点是单元网格划 分随意，不受复杂边界形状和二相材料界面的限制，单元可以是任意形状，是较之于有限 元方法更一般的数值模拟方法. 在4节点四边形数值流形方法中，由于单元总体位移函数 包含的完全多项式不完全，使得计算精度不够精确，为此，在单元总体位移函数上附 加非协调位移基本项，使之趋于完全，提出了弹性力学问题的一种改进的数值流形 方法------非协调数值流形方法. 通过内部自由度静力凝聚处理，导出了消除内参后的单元应变矩阵 和单元刚度矩阵，使得在不增加广义节点自由度的前提下，大大提高了数值流形方法的计 算精度和计算效率. 同时对非协调项进行了显式处理，可以对工程实践起到更切实的帮助. 数值试验表明，它们能够保证收敛，有较高的精度，对畸变不敏感，从而证明了该方法的 可行性.     

非协调四结点平面等参位移元新列式方法

本文导出一种等参协调元位移函数的新的表示方法,在此基础上建立起了构造等参非协调元的新方法。作为实例,构造出两个可以给出单刚显式的四结点平面非协调新单元。     

内参型四边形四节点拟协调平面单元

在拟协调框架之下,利用新的内参形函数构造了一个四边形四节点拟协调平面单元. 新的内参位移函数也可以添加到等参单元Q4 中来构造新的内参型等参单元. 新构造的拟协调单元QC6N 具有显式刚度矩阵,因而效率更高. 数值例子表明相比于四节点等参单元,新构造的单元可以提高计算精度和抗网格畸变的能力.      

QUADRILATERAL 4-NODE QUASI-CONFORMING PLANE ELEMENT WITH INTERNAL PARAMETERS

在拟协调框架之下,利用新的内参形函数构造了一个四边形四节点拟协调平面单元. 新的内参位移函数也可以添加到等参单元Q4 中来构造新的内参型等参单元. 新构造的拟协调单元QC6N 具有显式刚度矩阵,因而效率更高. 数值例子表明相比于四节点等参单元,新构造的单元可以提高计算精度和抗网格畸变的能力.     

平面非协调动态有限元法

本文通过引入高阶非协调位移模式，从Ｈｅｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ泛函出发，给出了非协调动态有限元的一般列式，得到了相应的收敛准则。算例表明本文方法简单、有效     

Theoretical basis and general optimal formulations of isoparametric generalized hybrid/mixed element model for improved stress analysis

By the modified three-field Hu-Washizu principle, this paper establishes a theoretical foundation and general convenient formulations to generate convergent stable generalized hybrid/mixed element (GH/ME) model which is invariant with respect to coordinate, insensitive to geometric distortion and suitable for improved stress computation. In the two proposed formulations, the stress equilibrium and orthogonality constraints are imposed through incompatible displacement and internal strain modes respectively. The proposed model by the general formulations in this paper is characterized by including assumed stress/strain, assumed stress, variable-node, singular, compatible and incompatible GH/ME models. When using regular meshes or the constant values of the isoparametric Jacobian Det in the assumed strain interpolation, the incompatible GH/ME model degenerates to the hybrid/mixed element model. Both general and concrete guidelines for the optimal selection of element shape functions are suggested. By means of the GH/ME theory in this paper, a family of new GH/ME can be and have been easily constructed. The software can also be developed conveniently because all the standard subroutines for the corresponding isoparametric displacement elements can be utilized directly. Modified version of a conference paper presented at Int. Conf. on EPMESC IV, July 29–Aug. 3, 1992, Dalian, China     

关于非协调位移元与广义杂交元的等价性的进一步研究

本文通过定义非协调位移元的单元特性函数,提出了一种建立非协调元与广义杂交元之间的等价关系的一般方法,进一步证明了两种有限元模型之间存在强等价性,为两种单元模型的构造提供了相互借鉴的理论依据和有效的准则。     

一个新的八节点非协调曲边四边形平面单元

本文在文[1]和文[2]的基础上,提出构造非协调有限元的新方法。该方法不用一般的变分原理,可适用任意变系数正定和非正定偏微分方程。利用这一方法得到一个新的八节点四边形平面应力单元。与一般有限元相比,位移和应力可提高一阶收敛精度。形成单刚矩阵时,不需要进行数值积分。单元之间的协调条件容易满足,文中给出收敛性证明。文末给出数值算例,表明利用本文的方法,应力和位移均可获得满意的数值精度。     

非协调和杂交有限元的理论和应用——纪念恩师吴长春教授

本纪念文介绍了吴长春教授在计算力学领域的主要学术贡献, 重点介绍了他在非协调和杂交有限元的理论和应用方面的开创性工作, 他发展的构造非协调插值函数的一般公式以及杂交应力元优化方法至今仍是发展高性能有限元的重要工具, 经常被同行引用.      

混凝土断裂的连续-非连续方法

采用有限元形函数作为单位分解函数,位移间断用富集节点的附加自由度表示,建立了允许在单元内部位移非连续的局部富集公式以表征混凝土的开裂区域．富集基函数由节点形函数和节点形函数与间断函数的乘积的并集构成．非连续位移的扩展路径完全与网格结构无关．不同于以非协调应变为基础的嵌入非连续模型,对单元的类型没有限制而且间断位移可以贯穿单元边界．局部富集思想与扩展有限元类似,但富集点自由度保持节点位移的物理意义不变,使相邻单元无需进行富集运算．在变分公式中引入混凝土粘结本构定律,推导了考虑断裂过程区非线性影响的基本方程．对混凝土粘结裂纹扩展的数值模拟说明了该计算方法的有效性．     

A hybrid-stress element based on Hamilton principle

A novel hybrid-stress finite element method is proposed for constructing simple 4-node quadrilateral plane elements, and the new element is denoted as HH4-3fl here. Firstly, the theoretical basis of the traditional hybrid-stress elements, i.e., the Hellinger-Reissner variational principle, is replaced by the Hamilton variational principle, in which the number of the stress variables is reduced from 3 to 2. Secondly, three stress parameters and corresponding trial functions are introduced into the system equations. Thirdly, the displacement fields of the conventional bilinear isoparametric element are employed in the new models. Finally, from the stationary condition, the stress parameters can be expressed in terms of the displacement parameters, and thus the new element stiffness matrices can be obtained. Since the required number of stress variables in the Hamilton variational principle is less than that in the Hellinger-Reissner variational principle, and no additional incompatible displacement modes are considered, the new hybrid-stress element is simpler than the traditional ones. Furthermore, in order to improve the accuracy of the stress solutions, two enhanced post-processing schemes are also proposed for element HH4-3β. Numerical examples show that the proposed model exhibits great improvements in both displacement and stress solutions, implying that the proposed technique is an effective way for developing simple finite element models with high performance.