轴对称载荷作用下迭层复合材料旋转壳的分段解析法

纤维缠绕旋转壳体结构具有重量轻、强度高、易加工等优点,这样的壳体在宇航技术中应用最多,这样的壳体沿子午线的刚度是变化的,但通常是正交异性的,且壳壁很薄,因而可以用分段解析法求得近似解。即把壳体沿其旋转轴分成许多个截壳单元,对每一截壳用解析法求 ...     

用初参数法解C型波纹管在子午面内整体弯曲

波纹管是一种呈波纹状的管形薄壁结构,作为弹性敏感元件、密封元件和位移补偿器,在现代工业、国防和民用设备中的应用日益广泛.波纹管的计算,特别是在非轴对称受力和变形方面亟待完善.本文讨论了C型波纹管在子午面内整体弯曲的应力分布和端面角位移.从柔性圆环壳在子午面内整体弯曲的复变量方程出发,化边值问题为初值问题,用S.Gill法,得到了该波纹管的数值解,适用于0＜α＜1的范围.通过3个例子,将本文的数值解和已有的细环壳一般解(解析解)作了比较.结果表明,两者基本一致,并且,当环壳较细(α较小)时,两种计算结果更为接近.     

受任意载荷的旋转壳单元及其在压力容器中的应用

1.曲线坐标中承受非对称载荷的旋转壳单元文[1—2]建立了正交曲线坐标中的等参曲壳单元及相应的轴对称旋转壳单元。这些单元公式简便、精度较高、可节省机时并便于工程应用。对旋转壳,若把载荷和位移等沿环向展成付氏级数,也可以建立受任意载荷的旋转壳单元。分别取旋转壳中面的子午线、平行圆及法线为α、β及γ坐标线。当子午线为直线时取子午线的弧长s为α坐标,当子午线为曲线时则取中面法线与旋转轴的夹角φ为α坐标;取子午面的回转角为β坐标;取沿厚度方向至中面的距离为γ坐标(图2)     

用传递矩阵法求解组合壳轴对称变形

本文用细环壳,锥壳的一般解构成传递矩阵,可以求解波纹管一个单元内的内力与位移.运用这一方法使解变得更加简洁.     

功能梯度材料扁锥壳的热弹性大变形分析

研究了功能梯度材料扁薄锥壳在横向非均匀升温场中的几何非线性大变形问题.基于von Kármán几何非线性理论推导出了以中面位移为基本未知量的功能梯度扁薄锥壳在横向非均匀热载荷作用下的轴对称大挠度控制方程.采用打靶法数值求解所得非线性常微分方程边值问题,得到了锥壳的大挠度弯曲变形数值解.给出了锥壳的变形与其形状参数、载荷和材料参数等变化的特征关系曲线,分析和讨论了温度参数和材料梯度变化参数对变形的影响.     

U型波纹管及相关结构环向屈曲的有限元分析(Ⅱ）--半圆环壳的屈曲

环壳不仅是U型波纹管的一个组成部分，更是一类重要的结构，在航天、核能和海洋工程中有重要的应用，其屈曲是人们关注的问题之一，其中对半圆环壳的分析还较为少见。本文采用文[7]的有限元法（考虑了屈曲前的弯曲和屈曲时载荷的转动并按线性化特征值问题处理）计算了正Gauss曲率半圆环壳在均匀外压作用下的屈曲，将所得结果与已知的近似解进行了对比、并讨论了其中的差异。本文除了给出临界载荷和子午线的屈曲模态外，还给出了前屈曲弯曲应力分布，以便仔细了解屈曲问题。     

功能梯度截顶圆锥壳的热弹性弯曲精确解

研究了功能梯度材料截顶圆锥壳在横向机械载荷与非均匀热载荷同时作用下的变形问题. 基 于经典线性壳体理论推导出了以横向剪力和中面转角为基本未知量的功能梯度薄圆锥壳轴对 称变形的混合型控制方程. 假设功能梯度圆锥壳的材料性质为沿厚度方向按照幂函数 连续变化的形式. 然后采用解析方法求解，得到了问题的精确解. 分别就两端简支和两端固 支边界条件，给出了圆锥壳的变形随其载荷、材料参数等变化的特征关系曲线，重点分析和 讨论了载荷参数与材料梯度变化参数对变形的影响.     

复合材料圆锥壳的振动方程及其轴对称振动分析

本文采用 Donnell 型扁壳小变形理论,首先推导出用位移分量表示的无扭转耦合的复合材料叠层圆锥壳的运动方程组,并初步讨论了该方程组的基本性质。针对轴对称振动问题,文中采用了不常用的坐标改写了运动方程组,并以半锥角的正弦值为摄动参数,运用奇异摄动法,得到了正交铺设叠层圆锥壳体的轴对称振型和频率的一阶近似解。最后,以石墨/环氧复合材料为例,用数值计算初步讨论了拉弯耦合项对频率的影响。     

U型波纹管大挠度变形的积分方程描述及其迭代算法

采用格林函数法,导出了U型波纹管圆环壳部分和截头扁锥壳部分的非线性的积分方程,其中的四个未知参数由圆环壳和截头扁锥壳的连接条件确定,联合应用梯度法和积分方程迭代法建立了U型波纹管大挠度分析的迭代算法,开发了相应的程序系统,数值结果表明,本文方法具有较高的精度,压缩角对峰值应力和刚度影响十分显著,应用作为波纹管设计的重要参数。     

Winkler地基上变厚度圆板的轴对称弯曲

本文提出了Winkler地基上变厚度圆板轴对称弯曲的传递矩阵算法。首先，根据贝塞尔函数理论获得了等厚度圆板和环板单元在任意荷载作用下轴对称弯曲的解析解，这些解均由通解和特解两部分组成。基于这些解析解，导出了等厚度圆板和环板单元的传递矩阵。然后沿径向将变厚度圆板划分成一个等厚度圆板单元和一系列等厚度环板单元，应用传递矩阵算法原理获得了变厚度圆板的整体传递矩阵。引入圆板的边界条件，给出了该板每条节线上的挠度、径向转角、径向弯矩和径向剪力。最后，讨论了受均布荷载作用的简支线性变厚度圆板的弯曲，将本文数值解与解析解进行比较，证实了本文方法的有效性，并简要地讨论了地基参数对板挠度和径向弯矩的影响。     

等参元——修改等参元——最佳等参元

本文以二维问题为模型,建立了等参元、修改等参元和最佳等参元间的相互关系.给出了最佳等参元附加节点方程的解法.其数值解与理论分析一致.显示出修改等参元的许多良好特性.     

非线性有限元的若干基本问题

本文介绍了非线性有限元中的若干基本问题。其中包括有关应变、应力和非线性平衡方程的一些基本概念,基于不同非线性广义变分原理的位移模式、杂交模式和拟协调模式几何非线性有限元及其在壳体屈曲问题中的应用等。     

A COMPARATIVE STUDY ON THEh－CONVERGENCE OF 4－NODE AND 8－NODE QUADRILATERAL ELEMENTS

ＤｕａｎＭｅｉ（段梅）；ＹｕｔａｋａＭｉｙａｍｏｔｏ（宫本裕）；ＺｈｏｕＢｅｎｋｕａｎ（周本宽）；ＣｈｅｎＤａｐｅｎｇ（陈大鹏）（ＲｅｃｅｉｖｅｄＭａｒｃｈ２，１９９５）ＡＣＯＭＰＡＲＡＴＩＶＥＳＴＵＤＹＯＮＴＨＥｈ－ＣＯＮＶＥＲＧＥＮＣＥＯＦ４－Ｎ...     

断裂问题分析的Williams广义参数单元

结合Ⅱ型断裂问题.研究建立了裂尖区应力强度因子计算的Williams广义参数单元和过渡单元.结合Williams级数解和广义参数有限元法,研究建立了弹性断裂问题的Williams广义参数单元计算格式;同时为了方便连接奇异区的Williams单元和常规区域的普通等参单元,建立了过渡单元模型.结合算例详细分析了计算模型中径向高散因子、离散数以及Williams级数项对计算结果的影响,并给出了建议值,同时研究了矩形板尺寸对Ⅱ型应力强度因子的影响.证实了解析解的局限性.计算结果表明,由于Williams单元位移模型中含有与应力强度因子直接相关的参数,所以可以避免传统有限元法需通过其他物理量间接计算应力强度因子的缺陷,且Williams单元具有较高的精度,构造使用方便.     

Model optimization of hybrid stress general shell element

A 20 DOF (degree of freedom) hybrid stress element based upon Mindlin plate bending theory is developed using the optimizing design method for thin and moderately thick shell. It is of quadrilateral shape with only four corner nodes and can be used for both shallow and deep shells with excellent performance and the shear locking problem no longer exists.The project supported by National Science Foundation of 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。     

一种新的准谐调有限元列式方法及在断裂力学中的应用

本文根据奇异场具有的局部性质,改进了等参元的位移模式,提出了一种新的准谐调元列式方法,可用于解决工程中各种奇异分布问题,尤其是脆性断裂问题,构造了奇异准谐调元sQCE,从各特种角度分析了单元特性,并对多种算例进行了计算,比较。     

自由单元法及其在结构分析中的应用

通过吸收有限元与无网格法的优点,提出了一种新的数值方法------自由单元法.此方法在离散方面,采用有限元法中的等参单元,表征几何形状和进行物理量的插值;在算法方面,采用单元配点技术,逐点产生系统方程.主要特点是,在每个配置点只需要一个和周围自由选择的节点而形成的一个独立的等参单元,因而不需要考虑物理量在单元之间的相互连接关系与导数连续性问题. 本文介绍强形式与弱形式两种自由单元法,前者直接由控制方程和边界条件直接产生系统方程,后者通过在自由单元上建立控制方程的加权余量式产生弱形式积分式,并通过像传统有限元法中的积分过程建立系统方程组.本文提出的方法是一种单元配点法,对于域内点为了获得较高的导数精度,需要采用至少具有一个内部点的等参单元,为此除了可使用各阶次的拉格朗日四边形单元外, 还 给出了七节点三角形等参单元,用于模拟较为复杂的几何形状问题.      

层合板三维-二维混合分区有限元法研究

本文提出了一种三维-二维混合分区有限元方法分析复合材料层合结构。构造了三维-二维过渡元素和三维的十七节点复合元素。本方法大大地减少了自由度,缩短了计算时间。算例表明,计算结果令人满意。本方法是可靠的并同样适用于其它结构。     

On the equivalence of the Wilson element and the generalized hybrid element

In this paper the equivalence of the generalized hybrid element and the modified Wilson element, which is derived by the generalized hybrid method, is proved. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China