一种新的弹塑性杂交应力元法

本文基于一个改进的弹塑性的Hellinger/Reis■ner 混合变分原理构造了一种用于解弹塑性问题的四节点等参杂交应力元.新的模型中,在单元内增加了等效应力增量、塑性等效应变增量及不协调位移变量,从而使单元内的屈服准则及流动法则平均得到满足,不协调位移改进了单元应力精度.计算表明,新的模型可以提高弹塑性杂交法的精度和计算效率.     

考虑大挠度影响的近海平台管状接头的弹塑性有限元分析

管状接头的高度应力集中引起交贯线处的弹塑性变形。目前基于小挠度假设的弹塑性有限元分析与实验相比、未能反映出管接头热点处的真实应变。本文采用更为准确的、基于修正塑性节点法的几何及物理非线性有限元方法。在该方法中单元内部的塑性应变场通过引入附加塑性参数场λ来表示。该λ场由塑性流动定律与节点力和节点塑性位移建立联系。然后同塑性节点法一样假设塑性流动定律在节点处满足。通过变分原理导出新的弹塑性有限元公式、提高了单元刚度矩阵的计算效率,并且在每一时间步结束后不需要再检查应力场是否与塑性屈服条件协调。二种型式的管接头的研究结果显示本文的结果比小挠度分析的结果要精确,更符合实验资料,同时也表明了弦管壁的局部凹陷是削弱管接头承载能力的主要原因。本文方法简单、准确及计算效率高,适宜在工程实际中使用。     

建议一个极限分析的广义变分原理

刚塑性介质极限分析广义变分原理的工作,钱令希等和Mura-Lee 提出,王仁等作了讨论,存在的问题是关于泛函及刚、塑性分界面参量的正确取法.薛大为引用Lagrange 乘子法得到正确结果,但不足之处是变分泛函中未取界面参量,因而积分域出现了事先未定的塑性域,使用中限制了自由性.鉴于此,本文完成了二方面的工作:1)扩大了物理模型,即采用弹塑性介质屈服、流动条件(见[5]),并形式上取各向异性非均匀介质,得到的结果包含或可退化为刚塑性的情况,这样就扩大了实用范围.2)针对上述存在问题,给出二种正确的包含分域参数的泛函.一是据作者过去引进分域参     

试论极限分析变分式中乘子的不唯一性

1963年钱令希、钟万勰提出了关于极限分析的一个广义变分原理,其特点是速度场ν_i和应力场σ_(ij),可以同时独立变分,而屈服条件也在变分意义下得到满足。从而为近似求解复杂结构极限分析问题,提供了一个比较现实的新途径。用现在比较通用的话来说,他们建立的变分原理,是一个二类变量的广义变分原理。在这个变分式中,有一个乘子,曾     

正交各向异性板壳的弹塑性分析

用最小二乘配点法对正交各项异性薄板和双曲扁壳的弹性问题进行了分析.文中采用Huber—Mises屈服函数在各向异性问题中的推广形式,把材料的塑性变形作为等效塑性荷载处理,并取双五次样条函数为位移试函数,推出了迭代公式.算例证明,该法精度高、收敛快,所需计算机内存少,是简单、精确、高效的.     

电磁弹性固体三维问题的广义变分原理

提出了以电磁弹性固体所有变量应力、应变、位移、电位移、电场强度、电势、磁感应强度、磁场强度和磁势为自变量的电磁弹性固体三维问题最一般形式的广义变分原理。它们涵盖了电磁弹性固体问题所有的基本方程和边界条件。在此基础上还可以进一步给出部分变量为自变量的其它形式广义变分原理。     

建议一个大变位热弹塑性极限分析模型及广义变分原理

本文建议一种供大变位热弹塑性极限分析用的基本模型及得到广义变分原理。大变位极限分析问题固然是要求求取稳定性解,我们也期望广义变分原理有利于为此提供某些近似解途径。其中吸取文献〔1〕关于小变位弹塑性介质极限分析问题比之文献〔2-6〕的二点改进之处,一是变分泛函中包含划分弹、塑性域变量,二是物性模型扩大为弹塑性介质,包括刚塑性介质。同时讨论了变分泛函可能存在的各种形式,其中包括分域问题。符号应力σ_(ij);位移速度v_i;熵流S_i;温度T;热胀系数a_(ij);比热C;体力f_i;热源q;屈服常数k;域V其边界S;热弹性域V_e;热塑性域V_p;边界单位法线n_i;上划“一”为边界给定值。     

含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元

基于含椭圆核有限大各向异性板弹性问题的复变函数级数解,应用杂交变分原理建立了一种与常规有限元相协调的含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元.单元内的应力场和位移场采用满足平衡方程、几何方程与物理方程的复变函数级数解,假设的复变函数级数解精确满足椭圆核边界处的位移协调条件和应力连续条件,单元外边界上的位移场按常规有限元位移场假设,单元内椭圆核的长轴可以与材料主轴不重合.单元刚度矩阵采用Gauss积分求得,并给出了建立刚度矩阵的主要公式和推倒过程.数值计算结果表明该单元具有计算精度高、计算工作量小等优点.     

大挠度直梁二类混合变量变分原理及其应用

本文在功的互等定理的基础上,利用位移和应力作为变分变量的二类混合变量的最小势能原理和最小势作用量原理来求解大挠度直梁变形稳定问题,将所得结果与有限元模拟结果进行对比分析,验证了给出的方法的可行性和计算结果的准确性。给出的方法简单灵活,结果准确,为解决大挠度直梁问题提供了新的解决途径,不仅具有一定的理论意义,而且可以直接应用于实际工程中。     

显式方法精确模拟形状记忆合金循环荷载下的变形行为

本文提出全新的有限弹塑性J2流方程,用来显式、精确地模拟SMAs（形状记忆合金）材料在循环加载-卸载条件下从塑性逐渐转变为伪弹性的变形行为．首先,改进流动法,使得本构方程耦合屈服中心的移动和屈服面的增大,并改进背应力演化方程,使模型可以产生强烈的包辛格效应,从理论上具备模拟SMAs独特变形行为的能力;其次,构造全过程下的统一硬化函数显式表达式,代入本构方程后能得到符合要求的形函数;再次,利用选定的数据点构造统一光滑的上屈服函数,再利用上下屈服应力之间的一种线性关系,推导得到下屈服阶段的形函数;最后,只需要给定一个参数就可以得到单个循环结果,利用拉格朗日插值方法构建参数随循环次数变化的函数,就可以模拟任意循环荷载下的变形行为．通过模型结果和实验数据对比证明新方法的有效性．     

VARIATIONAL PRINCIPLES WITH DUAL MIXED VARIABLE AND APPLICATIONS FOR STRAIGHT BEAMS WITH LARGE DEFLECTION

本文在功的互等定理的基础上,利用位移和应力作为变分变量的二类混合变量的最小势能原理和最小势作用量原理来求解大挠度直梁变形稳定问题,将所得结果与有限元模拟结果进行对比分析,验证了给出的方法的可行性和计算结果的准确性。给出的方法简单灵活,结果准确,为解决大挠度直梁问题提供了新的解决途径,不仅具有一定的理论意义,而且可以直接应用于实际工程中。     

各向同性率无关材料本构关系的不变性表示

在内变量理论的框架下,针对各向同性率无关材料,使用张量函数表示理论建立了塑性应变全量及增量本构关系的最一般的张量不变性表示. 它们均由3个完备不可约的基张量组合构成,这3个基张量分别是应力的零次幂、一次幂和二次幂. 因此得出,塑性应变、塑性应变增量与应力三者共主轴. 通过对基张量的正交化,给出了本构关系式在主应力空间中的几何解释. 进一步,全量(或增量)本构关系中3个组合因子被表达为应力、塑性应变(或塑性应变增量)的不变量的函数. 当塑性应变(或塑性应变增量)的3个不变量之间满足一定关系时,所给出的本构关系将退化为经典的形变理论(或塑性势理论).最后,还讨论它与奇异屈服面理论的关系,当满足一定条件时,两者是一致的.      

多变量样条有限元法

本文提出了一种基于胡海昌－鹫津久一郎三类变量广义变分原理［１，２］的多变量样条有限元法，文中应用乘积型二元三次Ｂ样条插值函数来构造板壳的广义变量场函数，由三类变量广义变分原理来建立多变理样有限元模型。在计算种种场变量时，既不必求导，又无需用应力应变关系式，可直接算得其结果，因而对各种场变量均有足够的精度，文中，还解算了振动与稳定特征值问题，均得到了精度较好的数值结果。     

刚塑性矩形板在冲击载荷作用下的一个新的界限

通过加权残数法，给出了考虑有限变形时刚塑性板在冲击载荷下的能量守恒方程。广义屈服条件由Mij和Nij表示，通过将非光滑屈服函数用其内切和外接光滑函数代替，从而得到板位移的上、下界限解。采用此方法对一矩形板受横向冲击载荷进行了分析，计算结果与有关文献符合较好。     

弹性扁壳的广义变分原理及扁壳理论的某些问题

本文导出了一个以应力函数及挠度为变量函数的弹性扁壳的广义变分原理。在这个变分原理中,扁壳全部基本方程都是Euler方程,全部边界条件都是自然边界条件。 应用这个变分原理,我們討論了以下問題: 1.用应力函数及挠度表示几何边界条件的問題; 2.多連通扁壳的位移单位条件問題。 文内还导出了大挠度情形的广义变分原理。     

基于非关联流动规律的Gotoh屈服准则的参数确定方法

屈服准则对板料成形过程的理论解析、工艺优化和有限元模拟有着重要的影响.通过提高屈服准则的各向异性表征能力,可以确保成形过程的可靠性及实际预测的准确性.本文基于非关联流动法则,给出了Gotoh屈服准则一套全新的参数求解方法.在结合常用屈服准则并考虑流动规律的基础上,分别以5754O铝合金、DP980先进高强钢和SAPH440结构钢作为研究对象,进行了不同加载路径下各向异性变形行为的预测.根据Gotoh屈服准则推导的屈服函数、塑性势函数以及基于关联流动的理论函数计算出屈服应力和各向异性指数r值随加载角度的分布趋势,进而针对平面应力状态的屈服轨迹展开分析,验证了不同屈服准则和流动规律对各向异性屈服行为的预测精度.理论与实验数据对比结果表明:不同屈服准则针对同种板料在流动规律一致的情形下其表征各向异性的能力有显著差异;相同屈服准则基于不同流动规律其表征能力也具有明显差别.基于非关联流动的屈服准则能极大地提高精度,各向异性表征能力显著加强.相关结果能够为各向异性屈服准则在塑性成形领域的实际应用方案提供重要参考.     

基于非关联流动规律的Gotoh屈服准则的参数确定方法

屈服准则对板料成形过程的理论解析、工艺优化和有限元模拟有着重要的影响. 通过提高屈服准则的各向异性表征能力, 可以确保成形过程的可靠性及实际预测的准确性. 本文基于非关联流动法则, 给出了Gotoh屈服准则一套全新的参数求解方法. 在结合常用屈服准则并考虑流动规律的基础上, 分别以5754O铝合金、DP980先进高强钢和SAPH440结构钢作为研究对象, 进行了不同加载路径下各向异性变形行为的预测. 根据Gotoh屈服准则推导的屈服函数、塑性势函数以及基于关联流动的理论函数计算出屈服应力和各向异性指数$r$值随加载角度的分布趋势, 进而针对平面应力状态的屈服轨迹展开分析, 验证了不同屈服准则和流动规律对各向异性屈服行为的预测精度. 理论与实验数据对比结果表明: 不同屈服准则针对同种板料在流动规律一致的情形下其表征各向异性的能力有显著差异; 相同屈服准则基于不同流动规律其表征能力也具有明显差别. 基于非关联流动的屈服准则能极大地提高精度, 各向异性表征能力显著加强. 相关结果能够为各向异性屈服准则在塑性成形领域的实际应用方案提供重要参考.      

基于刚（粘）塑性流动理论的自然单元法研究

将自然单元法与刚（粘）塑性流动理论相结合,对自然单元法在金属塑性成形过程数值模拟中的应用进行了研究。采用基于Voronoi图和Delaunay三角化结构的Non-Sibsonian插值方法构造近似速度场向量,实现无网格方法中速度边界条件的直接精确施加,提出了基于刚（粘）塑性流动理论的无网格自然单元法。运用不完全广义变分...     

二层流体中波动问题的Hamilton正则方程

研究了两种常密度不可压缩理想流体组成的垂直分层的二流体系统的无旋等熵流动,考虑了上层流体与空气及两层流体间的表面张力。流动区域在水平方向无限伸展,上层流体有限深度,下层流体无限深。利用自由面及分界面相对于静止时平衡位置的偏移以及两层流体的速度势构造了Hamilton函数。为导出Hamilton正则方程引用了Euler描述下的流体运动的变分原理。自由面的位移是Hamilton意义下的正则变量,其对偶变量是上层流体在自由面上取值的速度势与密度的乘积。另一个正则变量是分界面的位移,其对偶变量是下层流体的密度与下层流体速度势在分界面上所取值的乘积减去上层流体密度与上层流体速度势在分界面上所取值的相应乘积。导出的Hamilton结构对分析分层流动中表面波与内波的相互作用是重要的。     

钙质砂与结构接触面的本构模型研究

基于接触面的宏、细观物理特征,建立了单调加载条件下钙质砂与结构接触面的弹塑性增量本构关系。从接触面的宏观条件上考虑,该模型将弹性模量取为法向压力的指数函数,采用非关联流动法则和Mohr-columb屈服函数,以及切向塑性功为硬化参量,适用于多数接触摩擦问题。在细观上将滑动面抽象为锯齿面,同时将摩擦系数取为塑性功的双曲线函数,以考虑钙质砂颗粒破碎对接触面力学特性的影响。模型概念简单、参数较少,通过理论计算与钙质砂拉拔试验结果比较,显示了模型的合理性。