高斯牛顿技术求解偶应力反问题

建立了便于敏度分析的偶应力反问题数值求解模型,给出了直接法和伴随法两种敏度计算格式.在反演计算中采用了高斯牛顿技术对未知本构参数进行识别,探讨了测点数目、初值选取和数据噪音对反演结果的影响,数值算例给出了令人满意的结果.     

蚁群算法求解二维拉压不同模量反问题

利用光滑函数技术对二维拉压不同模量本构关系进行光滑化处理,采用初应力方法求解二维拉压不同模量正问题的有限元方程。在此基础上,建立了基于连续域蚁群算法的二维拉压不同模量反问题的数值求解模型,考虑了区域非均质的影响,实现了对拉压弹性模量和泊松比的单一/组合识别。通过两个数值算例,对所提算法进行了数值验证,分别探讨了蚁群算法相关参数、测点分布和数据噪音等对识别结果的影响。数值验证表明,所提算法可有效地求解二维拉压不同模量反问题,并具有较好的计算精度。     

基于D-P准则的压力相关材料结构拓扑优化

基于描述材料力学行为的Drucker-Prager(D-P)屈服准则, 研究了压力相关材料连续体结构拓扑优化设计问题的数学模型和数值算法. 以单元材料人工密度为设计变量, 结合SIMP惩罚模型和多孔微结构局部应力插值模型, 建立了以材料体积最小化为目标、考虑材料D-P屈服条件约束的优化问题数学模型. 利用\varepsilon-松弛方法消除奇异解现象, 采用伴随法有效推导约束函数灵敏度计算公式, 运用基于梯度的连续变量优化算法迭代求解优化问题. 数值算例验证了优化模型的正确性及数值算法的有效性, 并通过与von Mises应力约束优化结果的比较, 说明了材料的压力相关特性会对结构最优拓扑产生重要影响. 该方法设计出的最优拓扑由于充分利用了压力相关材料的抗压能力, 因而更为合理和实际.      

时域自适应算法求解移动荷载下梁的多宗量反问题

通过一种时域自适应算法,建立了求解变速移动荷载下梁的多宗量反问题的数值模型,可同时识别移动荷载和梁的物性参数.正问题采用时域自适应算法和FEM建模,并可由此方便地推导敏度公式;在反问题求解中采用Levenberg-Marquardt法,计算表明该方法具有较好的抗不适定性.通过两个算例,对所提算法进行了数值验证,并探讨了噪声和测点的变化对反演结果的影响,结果令人满意.     

MA对偶-信赖域算法在非线性不等式约束优化问题中的应用研究

针对含有非线性不等式约束条件的优化问题,提出了MA对偶-信赖域算法。在每次迭代过程中,基于信赖域方法和问题的逼近属性,构造了原优化问题中目标函数和约束函数的移动渐进线函数,由此建立简单的子优化问题。运用对偶方法求解子问题得到原优化问题的下降方向,再用线搜索方法取得搜索步长,最后得到下一步的迭代点。应用数学推理证明了该算法的全局收敛性。以悬臂梁最小柔度问题为例,应用MA对偶-信赖域算法对优化问题进行了求解,数值算例的结果表明,MA对偶-信赖域算法在求解非线性约束优化问题时比MMA和GCMMA算法的迭代次数少,收敛速度快。     

基于相场描述的拉压不对称强度结构拓扑优化

运用了基于相场描述的拓扑优化方法，来寻找在拉伸和压缩中表现出不对称强度行为的连续体结构的最优布局。依据Drucker-Prager屈服准则和幂率插值方案，优化问题可以描述为在局部应力约束下的最小化结构的体积。用qp放松法来解决应力约束的奇异性，并采用基于P-norm函数的聚合方法对应力约束进行凝聚，该方法实现了约束个数的降低，同时引入了稳定转化法来处理大量的局部应力约束和高度非线性的应力行为，以修正应力，提高优化收敛的稳定性。在优化问题求解时，使用拉格朗日乘子法对目标函数和应力约束进行处理。利用伴随变量法进行灵敏度分析，并通过求解Allen-Cahn方程更新相场函数设计变量。数值算例证明了该优化模型和相应数值技术的有效性，相关算例还揭示了考虑拉压不同强度和考虑同拉压强度约束时得到的结构优化拓扑构型具有显著的差异。     

一种新的计算各向异性材料裂纹尖端应力强度因子杂交元法

利用有限元特征分析法研究了平面各向异性材料裂纹端部的奇性应力指数以及应力场和位移场的角分布函数,以此构造了一个新的裂纹尖端单元。文中利用该单元建立了研究裂纹尖端奇性场的杂交应力模型,并结合Hellinger-Reissner变分原理导出应力杂交元方程,建立了求解平面各向异性材料裂纹尖端问题的杂交元计算模型。与四节点单元相结合,由此提出了一种新的求解应力强度因子的杂交元法。最后给出了在平面应力和平面应变下求解裂纹尖端奇性场的算例。算例表明,本文所述方法不仅精度高,而且适应性强。     

应力约束下预应力平面实体钢结构拓扑优化设计

对预应力平面实体钢结构拓扑优化设计问题进行研究,建立了以索力值、单元尺寸和结构拓扑为设计变量,以应力为约束条件,以结构重量最小为目标函数的数学优化模型.在求解方法上,首先以满应力设计准则法建立索力值与结构重量之间的优化模型,通过该模型的求解确定索力值,并通过满应力设计选取单元尺寸,然后对单元体厚度按闻值进行分类,从而删除低厚度单元实现结构的拓扑优化.算例结果与预应力钢结构理论相吻合,表明本文所提出的方法是有效的,可为预应力钢结构体系创新提供理论方法.     

半平面多边缘裂纹反平面问题的奇异积分方程

利用复变函数和奇异积分方程方法,求解弹性范围内半平面多边缘裂纹的反平面问题．提出了满足半平面边界自由的由分布位错密度表示的单边缘裂纹的基本解,此基本解由主要部分和辅助部分组成．将半平面多边缘裂纹问题看作是许多单边缘裂纹问题的叠加,建立了一组Cauchy型奇异积分方程．然后,利用半开型积分法则求解该奇异积分方程,得到了裂纹端处的应力强度因子．最后,给出了几个数值算例．     

两级敏度分析求解双弹性模量桁架结构反问题

利用光滑函数和有限元技术,建立了求解双弹性模量桁架结构正问题的数值模型,可方便推导刚度对位移、位移对弹性模量的敏度计算公式。在此基础上,提出了基于两级敏度分析求解双弹性模量桁架结构反问题的数值模型,正问题与反问题分别采用Newton-Raphson与Gauss-Newton算法进行求解,数值验证给出了令人满意的结果,并考虑了数据噪音的影响。     

二阶非定常多宗量热传导反问题的正则解

引入Bregman距离函数及其加权函数作为正则项，应用Tikhonov正则 化方法，对二阶非定常多宗量热传导反问题进行求解. 利用测量信息和计算信息构造最小二 乘函数，将多宗量反演识别问题转化为一个优化问题. 空间上采用8节点等参元进行离散， 时域上采用时域精细算法进行离散，建立了二阶非定常多宗量热传导问题的有限元正/反演数 值模型. 该模型不仅考虑了非均质和参数分布的影响，而且也便于正反演问题的敏度分析， 可对导热系数和边界条件等宗量进行有效的单一和组合识别. 给出了相关的数值验证，对信 息测量误差以及不同正则项的计算效率作了探讨. 数值结果表明，该方法能够对二阶非定常 多宗量热传导反问题进行有效的求解，并具有较高的计算精度.     

二阶非定常热传导反问题的多宗量辨识

引入Bregman距离构造同伦函数,建立了二阶非定常多宗量热传导反问题的一种求解模式,可对导热系数和边界条件等宗量进行识别。时域上采用精细算法,建立了便于敏度分析的有限元正/反演模型,对各宗量进行有效的组合识别。对信息测量误差和初值选取作了初步探讨,数值验证取得了满意的结果。     

多宗量瞬态热传导反演识别

引入Bregman距离加权函数,建立了多宗量瞬态热传导反演的一种求解模式.时域上采用精细算法,分别建立了便于敏度分析的有限元正/反演模型,应用同伦算法进行反问题求解,对导热系数和边界条件等宗量进行有效的组合识别.对信息误差和计算效率作了探讨,并给出了相应的数值验证.     

共轭梯度法求解非线性多宗量稳态传热反问题

应用共轭梯度法求解非线性多宗量稳态热传导反问题。采用八节点的等参单元在空间上进行离散,建立了便于敏度分析的非线性正演和反演的有限元模型,可直接求导进行敏度分析。给出了相关的数值验证,对测量误差及测点数目的影响作了初步探讨,结果表明,采用的算法能够对非线性稳态热传导中导热系数和边界条件联合反问题进行有效的求解,并具有较高精度。     

Peristaltic transport of a couple-stress fluid

The problem of peristaltic transport of a couple-stress fluid has been investigated under a zero Reynolds number and long wavelength approximation. A comparison of the results with those for a Newtonian fluid model shows that the magnitude of the pressure rise under a given set of conditions is greater in the case of the couple-stress fluid. The pressure rise increases as the couple-stress parameter decreases. The difference between the pressure rise for a Newtonian and a couple-stress fluid increases with increasing amplitude ratio at zero flow rate. However, increasing the flow rate reduces this difference.     

Identification of several impulsive loads on a plate

The paper presents a method to identify a system of several nonstationary independent transverse loads on a rectangular plate of medium thickness. The input data for solving the inverse problem are time-dependence of displacements or strains given at some points of the plate. Examples of numerical calculations to identify two or three loads are presented. The deformation of plates is modeled using a refined Timoshenko theory. Tikhonov’s regularizing algorithm is used to solve the Volterra equations for the unknown loads __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 43, No. 7, pp. 90–97, July 2007.     

A FE‐based algorithm for the inverse natural convection problem

Several numerical algorithms for solving inverse natural convection problems are revisited and studied. Our aim is to identify the unknown strength of a time‐varying heat source via a set of coupled nonlinear partial differential equations obtained by the so‐called finite element consistent splitting scheme (CSS) in order to get a good approximation of the unknown heat source from both the measured data and model results, by minimizing a functional that measures discrepancies between model and measured data. Viewed as an optimization problem, the solutions are obtained by means of the conjugate gradient method. A second‐order CSS in time involving the direct problem, the adjoint problem, the sensitivity problem and a system of sensitivity functions is used in order to enhance the numerical accuracy obtained for the unknown heat source function. A spatial discretization of all field equations is implemented using equal‐order and mixed finite element methods. Numerical experiments validate the proposed optimization algorithms that are in good agreement with the existing results. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Numerical study of two-dimensional problems of nonsymmetric elasticity

We consider the algorithm of the finite element method for solving two-dimensional problems of nonsymmetric elasticity. We discuss the possibilities of the algorithm and its efficiency by comparing the numerical results with the well-known analytic solutions. We present the results obtained by solving the problem of tension of a plate weakened by a series of holes and the problem of tension for a plate with a central crack. The numerical results thus obtained are considered as an addition to the analytic solutions in the context of experimental justification of couple-stress effects arising under deformation of elastic materials and in the context of solving the identification problem for mechanical constants in nonsymmetric elasticity.     

A Numerical Method for Wave Propagation in Viscoelastic Stratified Porous Media

This paper presents a numerical method, a transmission matrix method, for the wave propagation in viscoelastic stratified saturated porous media. The wave propagation in saturated media, based on Biot theory, is a coupled problem. In this stratified three-dimensional model we do the Laplace transform for the time variable and the Fourier transform for the horizontal space coordinate. The original problem is transformed into ordinary differential equations with six independent unknown variables, which are only the function of the coordinate of depth. Thus, we get a transmission matrix of the wave problem for each layer. In the process of solution we use numerical method to calculate the eigenvalues and the eigenvectors of the transmission matrices. In the first step of the solution process we can obtain the wave field in the transformed space. The fast Fourier transform (FFT) method is used to do the inverse Laplace and the inverse Fourier transforms to get the solution in the time space. The detailed formulae are derived and some numerical examples are given.