Mohr-Coulomb准则主应力回映算法及在地基问题的应用

针对Mohr-Coulomb准则在应力空间中存在奇异点的问题,提出了主应力空间应力回映算法。分析了多屈服面下塑性流动法则,给出了应力更新过程中应力回映区域的判定方法,推导了不同映射区域下塑性因子的Newton-Raphson迭代求解式和应力更新方程,建立了对应的一致切线模量表达式。利用C++语言,编制了弹塑性有限元求解程序,并对岩土地基问题进行求解,计算结果的比对证明了所编程序的可行性和精确性。     

轴对称壳体子单元弹塑性分析

在壳体的弹塑性分析中。当壳体的材料从某一个表面开始进入塑性变形范围时,应力和应力-应变关系沿壳体厚度不再成线性变化,因而不能由显式得到应力沿壳厚的积分值,必须在有限单元法计算中应用数值积分。本文在以直母线锥形单元离散轴对称壳体结构的前提下,进一步以子单元离散锥形单元,使得原来一个必须用三维屈服曲面描述的弹塑性问题能以二维屈服曲面来表征。 本文取用了Prandtle-Ruess塑性坛量理论的等向强化Mises屈服准则的本构方程。非线性结构平衡方程以载荷坛量切线模量法求解。为提高解方程的精度,本文应用了-阶自修正技巧。 为验证理论计算的精度和可靠性,本文把理论计算结果与加劲圆柱壳型性试验值作了比较,两者结果相当一致。     

一致切线刚度法在三维弹塑性有限元分析中的应用

本文提出了一致切线刚度法，并把它应用于三维弹塑性有限元分析问题。从而解决了增量迭代弹塑性有限元分析方法中长期存在的速度慢、精度低问题，一致切线刚度法满足加卸载互补准则，即没有应力漂移现象，具有一阶精度、二阶迭代收敛速度、计算量少和无条件稳定等优点，借助算例对一致切线刚度法和传统切线刚度法（包括路径相关和路径无关两种结构变量更新格式）从计算精度、迭代收敛速度和计算量等几方面进行了比较。     

一般壳体结构大位移和大应变弹塑性有限元分析与损伤力学的某些应用

离散的Kirchhoff理论三角形单元对一般壳体结构的分析是十分可靠的和有效的，本文将推广此种单元去分析壳体结构的大位移大应变弹塑性响应，校正的拉格朗日增量的Jaumann应力公式和塑性损伤相耦合的塑性流动本构关系已应用于列式中，在对带环向裂纹和环向槽受四点弯曲载荷的圆醉壳的分析中，显示了和实验结果符合一致，且说明了与塑性损伤相耦合的大应变弹塑性分析无论在宏观水平上或微观水平上都能显示比断裂力学方法更符合实际的结果。     

用于设计灵敏度分析的弹粘塑性边界元法

基于一致切线算子概念的弹粘塑性隐式边界元方法,进行了弹粘塑性设计灵敏度分析.采用了Perzyna经典粘塑性本构模型,针对包含各向同性硬化和运动硬化的混合硬化模型,导出了弹粘塑性灵敏度分析的径向返回算法和一致切线算子.利用直接微分的方法,建立了设计灵敏度分析的弹粘塑性边界元增量方程,导出了弹粘塑性径向返回的灵敏度公式.给出了在不同粘塑性流动参数下的三个典型算例的结果,与ANSYS结果相吻合,证明了方法是正确的.     

岩土弹塑性有限元分析的隐式积分弹性刚度法

本文提出了用于岩土弹塑性有限元分析的隐式积分弹性刚度算法。该算法既具有隐式积分法精度好，效率高，无条件稳定等优点，也具有弹性刚度矩阵正定、对称的特点，更重要的是它避免了传统切线刚度法在处理岩土非相关联塑性流动和屈服面“角角”所遇到的非对称性和奇异性计算问题。通过算例分析了该算法的精度、效率。     

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.     

岩土弹塑性有限元分析的隐式积分弹性刚度法

本文提出了用于岩土弹塑性有限元分析的隐式积分弹性刚度算法。该算法既具有隐式积分法精度好、效率高、无条件稳定等优点，也具有弹性刚度法中刚度矩阵正定、对称的特点，更重要的是它避免了传统切线刚度法在处理岩土非相关联塑性流动和屈服面“角点”所遇到的非对称性和奇异性计算问题。通过算例分析了该算法的精度、效率     

钢管初应力对钢管砼拱桥承载力影响非线性分析

基于非线性问题的平衡方程和空间梁单元非线性几何方程,推导了一般线弹性关系下计入初应力影响的空间梁单元显式切线刚度矩阵。针对钢管混凝土哑铃型截面的构造特点,提出了组合空间梁单元法,较好解决了哑铃型截面钢管初应力的计算与存储问题,并给出了承载力分析时单元划分的具体方法,编制了专用计算程序,计算结果与试验吻合良好。开展了不同钢管初应力系数、不同截面含钢率和不同跨径对钢管混凝土拱桥承载力的影响分析。结果表明,钢管初应力将使钢管混凝土拱桥的承载力降低,降低幅度与拱肋截面型式有关,承载力最大降低值可超过30%。最后给出了三种考虑钢管初应力影响的常用拱肋截面型式拱桥承载力影响系数实用计算公式。     

隐格式近似不可压四面体4节点大变形单元

由于在处理体积自锁方面的优势,近似不可压问题的大变形求解多采用六面体单元/网格,但对于复杂工程问题,由于网格剖分上的限制,往往更需要一种可以很好解决体积自锁的四面体单元。Bonet和Burton的平均节点压力4节点四面体单元是为数不多能够较好处理体积自锁问题的四面体单元之一,但是该单元目前主要用于显式计算。利用单元平均压力对位移增量的精确方向导数,得到了严格的一致切线阵,保证了Newton-Raphson迭代的二阶收敛,从而使得该单元可以用于隐式计算。该单元的压力平均计算会耦合相邻单元的节点自由度,从而增加切线刚度阵的非零带宽,但不增加自由度总数。分别采用线性六面体选择缩减积分单元、标准线性四面体单元和本文的单元计算了3个近似不可压的典型算例。算例表明,本文推导的单元可以有效克服体积自锁,达到与常用六面体单元相近的效果,使得四面体网格可以方便地用于不可压问题的大变形隐式求解。     

Stress analysis of hyperbolic shells of revolution with non-axisymmetrical geometric imperfections

In analyzing hyperbolic shells of revolution with non-axisymmeteric imperfections, an approximate method based on simulating the effect of imperfections by the application of fictitious normal pressure loading on the perfect shell is investigated. In the analysis of a shell of revolution with a bulge-type imperfection under non-axisymmetric loads, an efficient algorithm of applying the method is developed: the effect of individual curvature errors on stress resultants and couples are separately considered, while the interactions among various curvature errors are properly treated in the analysis by an iterative procedure. This algorithm avoids repeated analyses for non-axisymmetric loads and may be implemented with a purely axisymmetric analysis capability.A hyperbolic cooling tower shell with a bulge-type imperfection is analyzed under dead load and wind load conditions by the equivalent load method. A direct analysis of the imperfect shell is also made by a specialized finite element program. Through numerical studies, the accuracy and applicability of the equivalent load method are examined.     

塑性节点法的研究及其在薄壳结构中的应用

本文采用变分原理及离散塑性流动定律假设研究了弹塑性有限元的新方法—塑性节点法及其所表示的物理意义。结果表明:该方法的物理实质是所述的塑性流动定理的离散。在一般意义下,本文对其进行了修正,典型板壳例题和复杂壳体结构的弹塑性有限元分析显示,计算结果与文献资料和实验数据符合较好。证明用文中方法进行壳体结构的弹塑性分析是行之有效的和可靠的。     

基于拟应变法的壳单元大变形分析及在冲击动力问题中的应用

为了简便有效地解决板壳结构的大变形问题，本文针对八节点相对自由度壳单元进行研究。该单元的位移场由壳的中面节点位移和上表面节点的相对位移组成，不带有转动变量。所有的研究都是基于完全的三维位移、应力、应变场。采用拟应变法，对应变场另行假设，能够改善该单元在大变形情况下的计算精度。通过引入Wilson非协调模式，构造了大变形情况下的拟应变场表达式，给出了该单元用于解决非线性动力分析问题的有限元求解方程。通过算例表明，本文针对相对自由度壳单元提出的方法及推导的公式，能够解决冲击动力问题中的大变形问题。     

受轴向冲击薄壁圆管的几何畸变相似律研究

对于受轴向冲击载荷作用的薄壁圆管动态响应的相似律问题,由于圆管的薄壁特性导致厚度无法与高度和半径按相同的比例进行结构缩放,从而产生模型的几何畸变,此时传统的相似律已无法描述原型与畸变模型之间的动态响应规律。基于薄壁圆管轴向冲击问题的控制方程,通过能量守恒和量纲分析,推导了考虑几何畸变条件下轴向冲击载荷作用的理想弹塑性薄壁圆管动态响应的相似律。通过在给定应变与应变率区间上建立比例模型预测的流动屈服应力与原型流动屈服应力的最佳逼近关系,将几何畸变相似律进一步推广至包含应变率和应变硬化的材料。通过数值方法验证了提出的几何畸变模型相似律的适用性。分析结果表明,提出的考虑厚度畸变的受轴向冲击薄壁圆管的相似律可用于预测原型结构的冲击动态响应,并显著降低比例模型与原型结构平均载荷和能量的偏差。     

A new yield function and a hydrostatic stress-controlled void nucleation model for porous solids with pressure-sensitive matrices

A macroscopic yield function for porous solids with pressure-sensitive matrices modeled by Coulomb's yield function was obtained by generalizing Gurson's yield function with consideration of the hydrostatic yield stress of a spherical thick-walled shell and by fitting the finite element results of the yield stresses of a voided cube. The macroscopic yield function is valid for the negative hydrostatic stress as well as for the positive hydrostatic stress. From the yield function, a plastic potential function for the porous solids was derived either for plastic normality flow or for plastic non-normality flow of the pressure-sensitive matrices. In addition, void nucleation was modeled by a normal distribution function with the macroscopic hydrostatic stress regarded as a controlling stress. This set of constitutive relations was implemented into a finite element code abaqus as a user material subroutine to analyze the cavitation and the deformation behavior of a rubber-modified epoxy around a crack tip under the Mode I plane strain conditions. By comparing the cavitation zone and the plastic zone obtained in the analysis with those observed in an experiment, the mean stress and the standard deviation for the void nucleation model could be determined. The cavitation and the deformation behavior of the rubber-modified epoxy were also analyzed around notches under four-point bending. The size and shape of the cavitation zone and the plastic zone were shown to be in good agreement with those observed in an experiment.     

纵筋加强的凸锥柱结合壳应力状态的有限元分析

本文应用SAP5程序对均匀外压下纵筋加强的凸锥拄结合壳的应力状态作有限元分析。计算结果与钢模试验值一致。它揭示了该结构的力学特性,证明采用纵筋加强能有效地降低凸锥柱结合壳在结合边附近的高应力。本研究为潜艇的结构设计提供了一种简易可行,且行之有效的加强方法。     

板壳结构满应力设计及在MSC/Nastran软件上的实现

根据满应力准则和板壳结构的应力与内力的关系,推导了求解板壳结构满应力设计的迭代关系式。采用无量纲设计变量实现变量连接,一个设计变量可以控制多个不同厚度的单元,扩大了程序的适用范围。在MSC/Nastran软件的基础上开发了适用于多工况、多变量的板壳满应力优化程序。利用Nastran的开放性,借助Pat-ran提供的PCL(Patran Command Language)开发环境,程序完全和Patran及Nastran融为一体。首先在Patran中建立有限元模型,利用Nastran进行有限元分析,按照满应力准则对设计变量调整,然后再次利用Nastran进行分析,这样反复迭代直到结构重量收敛。数值算例表明算法的可靠性、精确性和高效性,程序能够满足工程实际需要。     

基于ABAQUS的小尺度桩柱波浪力计算方法

基于达索公司开发的ABAQUS有限元分析软件,利用ABAQUS提供的用户子程序编制程序,计算分析风电机组在海洋环境中受到的波浪力.在计算中,使用了三维梁单元和壳单元建模,应用线性波模拟海洋环境中的波浪.基于莫里森方程和数值积分的方法,分析桩柱形支撑结构上的波浪载荷,计算支撑结构的位移,应力变化等,得到了较好的结果.     

The effect of contact conditions and material properties on plastic yield inception in a spherical shell compressed by a rigid flat

The onset of plastic yielding in a spherical shell loaded by a rigid flat is studied for stick and slip contact conditions using finite element analysis. The effect of various material properties on the critical normal load, critical interference and critical contact area at the onset of plastic yielding is investigated and the location where plastic yielding first occurs is determined. A comparison is made with results obtained previously for slip contact condition. Substantial differences are found at low to medium Poisson’s ratio values, while some similarities are found to occur for high Poisson’s ratio values. In particular, a spherical shell is more prone to yield under stick than under slip contact condition.