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。     

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。     

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.      

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.     

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。     

四节点四边形拟协调Mindlin板单元

本文运用近年来发展的拟协调元法的基本思想,构造了一个简单有效的四节点四边形的Mindlin板单元.该单元完全控制了W的“时漏模式”(hourglass-mode)对有限元解的影响.数值结果表明该单元实施简单、不缺秩且收敛快.     

高精度九节点非协调曲边三角形平面应力单元

本文利用[1]的方法,构造了一个九节点非协调三角形平面单元.与一般有限元相比可以提高一阶收敛精度,应力可直接在单元节点上得到.形成单刚矩阵时,不需要在单元域内进行数值积分,容易构造曲边单元.文末的算例表明,仅用很少的单元,位移和应力即可获得较高的精度.     

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.     

降落伞膜索非线性有限元模拟

用膜单元和索单元模拟降落伞织物绳索系统,基于完全拉格朗日格式的非线性有限元方法编程计算降落伞的结构动力学特性。采用增量与迭代混合方法改善非线性计算的收敛特性并结合HHT隐式时间推进方法减小整体迭代计算量。使用修正应力应变张量导数的方法模拟膜单元单向应力状态并针对膜单元和索单元分别进行了非线性有限元计算验证。最后针对C-9型降落伞建立三维有限元模型,根据设定流速对伞衣施加均匀压强载荷,将模拟展开的结果与使用相同模型、不同方法商业软件的文献进行对比,显示了隐式非线性有限元方法模拟降落伞膜索系统大变形动力学的能力。     

采用SemiLoof型约束条件的薄板三角形广义协调元

本文综合广义协调元和SemiLoof元的优点,消除其缺点,建立一个九自由度三角形薄板单元。单元自由度只含常规的角点自由度,不采用SemiLoof元还包含边点自由度的复杂作法。着眼于广义协调,克服了某些非协调元不能通过分片检验的致命弱点。采用SemiLoof型约束条件,即全部采用离散型(点型)协调条件,不采用广义协调元通常采用的积分型协调条件的复杂作法。从简便实用、高精度和收敛可靠进行全面衡量,本单元是同类低阶薄板单元中的最优单元。