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。     

板壳弹塑性屈曲的有限元分析

1 拟协调双曲壳单元为解决板壳有限元分析的C~1连续性问题,本文给出三角形拟协调双曲扁壳单元的刚度矩阵.拟协调单元是基于域内假设应变场和边界拟协调位移场,应用最小势能原理所构     

广义协调平板型矩形壳元

本文根据修正势能原理通过广义协调方法提出了一种列式简单的平板型矩形壳元ＧＣＲ２４。它在四个角点处各有六个自由度，总共二十四个自由度。作为一种极限协调元，单元的收敛性得到保证，并且不发生薄膜闭锁现象。通过标准问题的数值检验，表明本文提出的平板型矩形薄壳元是性能可靠、计算精度高的优质单元。     

一个高精度八结点六面体单元

本文提出一个用于分析弹性空间问题的八结点六面体单元Q_(c11)用等参拟协调元方法,建立了该单元的单元函数显式。Q_(c11)单元具有24个结点参数和9个内部自由度,对长方体单元,其结果与Q_6单元相同,能精确描述纯弯曲,对任意六面体单元能保证通过分片试验。该单元具有构造简单,计算方便,精度高等优点。实际上,这里提供了一种构造非协调等参元单元函数的方法。     

两个薄板弯曲广义协调三角形元

本文根据修正势能原理,应用结点挠度的协调条件以及各边平均挠度和平均法向转角的广义协调条件导出两个九自由度三角形薄板位移型单元LZ1和LZ2.这两个广义协调元是低阶次高精度单元,能够通过分片检验。从精度、简便性和可靠性全面衡量,它们是两个优质的九自由度三角形薄板单元。     

非线性有限元分析的非协调模式及存在的问题

利用非协调模式提高非线性有限元分析广泛采用的低阶单元的精度和性能,是国际计算力学界研究的热点和难点.阐述了国际上在非线性有限元分析中已广泛采用的增广假设应变法方法(the enhanced assumed strain, EAS)的基本原理,详细讨论了非协调模式用于非线性有限元分析保证收敛、稳定的条件及增广假设应变场插值函数的构造方法.介绍了国内学者关于几何非线性非协调模式的研究方法和研究成果: (1)从Hellinger-Reissner广义变分原理出发,提出了几何非线性非协调模式的收敛条件,并采用非线性计算的若干简化措施建立几何非线性非协调元的简化模型;(2)一类放松单元间协调要求的非线性广义变分原理,对几何非线性问题可以选择事先无协调约束的非协调函数建立非协调元,收敛性可以保证,并根据此非线性广义变分原理可建立C$^1$或C$^0$类几何非线性广义杂交元,C$^1$或C$^0$类精化杂交元和精化直接刚度法.指出了EAS方法用于非线性有限元分析存在的问题,即本构关系和求解方法的限制,并对非协调元应用于非线性有限元分析提出了展望.      

一种新型的薄板弯曲单元

本文将薄板弯曲问题的4阶微分方程,化为两个2阶微分方程,并提出了一个与之相应的三变量广义变分原理,然后从这个原理出发,进行有限元求解。该方法不但成功地将C~1连续性条件降为C~0问题,而且降低了板单元的自由度数目,同时单元的精度也是令人满意的。     

钢筋混凝土联肢剪力墙的非线性有限元分析

本文推导了一种带转动自由度的四节点狭长矩形墙板单元与一种分层高精度二节点厚梁单元,二者的组合既合理地描述了联肢剪力墙墙体与连梁的连续性,又具有计算精度高,计算量少的特点。为分析钢筋混凝土的非线性,本文采用应变硬化的弹塑性应力应变关系描述受压混凝土及钢筋,用线弹性应力应变关系描述受拉混凝土,混凝土开裂后的非线性现象则以一些经验公式给予反映。算例表明,本文建立的有限元计算模型用于钢筋混凝土联肢剪力墙的加载全过程分析是合理的,并且计算效率高。     

空间薄壁管结构瞬态温度场、热变形有限元分析

对于辐射换热的薄壁杆件航天结构，为分析其在太空中不同时刻的姿态下的温度场和热变形，构造了一种相对自由度矩形管单元。其基本思想是从2维非线性瞬态热传导方程出发，假设沿矩形管横截面上每边的温度为线性分布，用4个角点的平均温度和温差来表示矩形管横截面上的温度分布，构造了一种1维2结点温度杆单元，该单元每个结点包含平均温度，上下面温差，左右面温差3个自由度；在计算热变形时，此三个广义温度参数分别对应热轴力和2个热弯矩载荷。经与三维有限元计算结果的比较，证明用该单元计算的矩形管温度场和位移场是可靠的。利用这种新型的薄壁矩形管单元和本文作者在其他文章中提出的薄壁圆管单元，可以对非线性换热条件下的复杂空间结构进行比较准确的温度场和热变形有限元分析，最后本文计算了考虑遮挡的太阳能帆板的瞬态温度场和热变形以说明其应用价值。     

基于等几何分析的比例边界有限元方法

提出了一种具有比例边界有限元的半解析特性和等几何分析的几何特性的新方法。该新方法是在比例边界有限元框架中用NURBS曲线或曲面精确描述域边界几何形状,同时域边界位移场采用描述几何形状的NURBS形函数等参构造。这种新方法具有比例边界有限元固有的径向解析特性和NURBS的高阶连续性的优点。数值算例显示,与传统的比例边界有限元相比,基于等几何分析的比例边界有限元方法提高了域边界单元和域内应力场的连续性,减少了计算自由度。应用此方法可以用较少的计算自由度获得更高连续阶和更高精度的位移、应力和应变场。     

平面广义四节点等参元GQ4及其性能探讨

广义节点有限元是将传统有限元方法中的节点广义化,在不增加节点个数的前提下,仅通过提高广义节点的插值函数的阶次,从而达到提高有限元解精度的目的.与现有的p型和hp型有限元不同,在这种新的有限元中,节点自由度全部定义在节点处,在理论与程序实现上与传统有限元方法具有很好的相容性,传统有限元方法是这种新方法的广义节点退化为0阶时的特殊情形.文中主要讨论了这一新方法的四节点等参元（记为GQ4）的形式.对GQ4进行的各种数值试验表明,所发展的广义四节点等参单元具有精度高且无剪切自锁与体积自锁等的特点.     

功能梯度材料板件三维分析的半解析梯度有限元法

将半解析有限元与梯度有限元相结合,形成一种半解析梯度有限元来求解功能梯度材料板件问题。该方法兼有有限元法的适应性强、程序统一,半解析有限元法的节省单元与计算工作量,梯度有限元法的适应构件内部材料性能任意梯度分布等特点,并实现用一维数值计算给出构件三维分析结果。算例分析表明了方法的精度、功能与上述特点,充分揭示了功能梯度材料板件力学响应的三维形态。半解析梯度有限元法可推广应用到其他功能梯度材料面结构的各类分析中。     

Optimal control of material concentration using Fourier series

This paper presents an optimal control of the material concentration using Fourier series and finite element method. It is assumed that the optimal control value can be expanded into a Fourier series. The Fourier coefficient is identified to minimize the performance function and the optimal control value is determined. The Sakawa–Shindo algorithm is used for the minimization algorithm. The advection–diffusion equation and shallow water equation are used for the analysis of material concentration and water flow. The Crank–Nicolson scheme and finite element method using bubble function element with stabilized control parameter are employed as temporal and special discretization. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

Interval Arithmetic and Static Interval Finite Element Method

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ,ｓｏｍｅｕｎａｖｏｉｄａｂｌｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ ,ｓｕｃｈａｓｔｈａｔｏｆｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ,ｌｏａｄｓ ,ａｎｄｓｏｏｎ ,ｓｈｏｕｌｄｂｅｒｅａｓｏｎａｂｌｙｔａｋｅｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔ.Ｉｎｔｈｅｐａｓｔｄｅｃａｄｅｓ,ｔｈｅｓｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｗｅｒｅｍｏｓｔｌｙｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｔｈｅｏｒｙｏｒｒａｎｄｏｍｐ…     

A triangular quasi-conforming finite element for transient dynamic analysis

A type of 3 node triangular element is constructed by the Quasi-conforming method, which may be used to solve the equation of a type of inverse problem of wave propagation after Laplace transformation Δu−A ² u=0. The strains in the element are approximated by an exponential function and the string-net function between neighbouring elements is approximated by one dimensional general solution of the equation. Furthermore the strain field satisfies the equation, and therefore in the derivation of the element formulation, no shape function is needed. In this sense, it is a kind of hybrid element. Compared with the ordinary linear triangular element, the new one features higher precision with coarse meshes. Some numerical tests are presented. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China.     

A streamline diffusion nonconforming finite element method for the time-dependent linearized Navier-Stokes equations

A nonconforming finite element method of finite difference streamline diffusion type is proposed to solve the time-dependent linearized Navier-Stokes equations. The backward Euler scheme is used for time discretization. Crouzeix-Raviart nonconforming finite element approximation, namely, nonconforming （P1）2 - P0 element, is used for the velocity and pressure fields with the streamline diffusion technique to cope with usual instabilities caused by the convection and time terms. Stability and error estimates are derived with suitable norms.     

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.     

空间网格结构几何非线性有限元分析方法的研究

在对 T.L/ U.L.法和 C.Oran梁柱单元有限元法进行系统研究比较的基础上 ,推导了结合以上两种理论的几何非线性有限元列式。C.Oran梁柱单元在分析轴力为主的结构时具有非常高的效率 ,但在分析纯弯曲问题时却存在很大困难。本文采用 VC 6 .0编制了面向对象的非线性有限元程序 ,对其进行了考题验算分析 ,得出了有用的结论。     

Fractional four-step finite element method for analysis of thermally coupled fluid-solid interaction problems

An integrated fluid-thermal-structural analysis approach is presented. In this approach, the heat conduction in a solid is coupled with the heat convection in the viscous flow of the fluid resulting in the thermal stress in the solid. The fractional four-step finite element method and the streamline upwind Petrov-Galerkin (SUPG) method are used to analyze the viscous thermal flow in the fluid. Analyses of the heat transfer and the thermal stress in the solid are performed by the Galerkin method. The second-order semiimplicit Crank-Nicolson scheme is used for the time integration. The resulting nonlinear equations are linearized to improve the computational efficiency. The integrated analysis method uses a three-node triangular element with equal-order interpolation functions for the fluid velocity components, the pressure, the temperature, and the solid displacements to simplify the overall finite element formulation. The main advantage of the present method is to consistently couple the heat transfer along the fluid-solid interface. Results of several tested problems show effiectiveness of the present finite element method, which provides insight into the integrated fluid-thermal-structural interaction phenomena.     

数值流形方法在连续体数值分析中的应用

在平面连续作的数值计算中使用数值流形方法的各阶覆盖位移函数和统一的三节点三角形流形单元,能够得到高精度的数值结果,且具有编程和前后处理简单等优点,克服了有限元法复杂理论的不足．文中还引入了三角形单元Ｈａｍｍｅｒ数值积分,使流形方法的程序编制通用化．