大型结构分析程序系统单元库更新

阐述了大型结构分析系统单元库更新的概念及含意义，报告了装入ＡＰ－１程序系统单元库的精化四节点及八节点平面等参元的情况，给出了更新前、后单元通过考题库测试的结果及与其它程序系统结果的比较。数值结果表明通过更新单元来提高程序系统的分析精度与计算效率从而增强其竞争力是可行的。     

转子系统振动特性分析的一种高精度有限元

导出了转子－支承系统的基本微分方和平运用Ｇａｌｅｒｋｉｎ法对一种新的高精度转子单元进行了推导。采用该单元对几个算例进行了计算并与试验结果及其它文献的相应结果进行了比较。计算结果表明，该单元具有良好的精度。     

无单元法分析薄板自由振动问题

提出了分析四边简支和四边固定薄板自由振动问题的无单元法，推导了无单元法的插值函数，从变分原理出发导出薄板自由振动的质量矩阵和刚度矩阵，编制了相应的计算程序，通过计算实例与其它方法的结果进行比较．数值结果表明无单元法具有一系列优点。     

转子系统振动特性分析的一种高精度有限元

导出了转子－支承系统的基本微分方程井运用Ｇａｌｅｒｋｉｎ法对一种新的高精度转子单元进行了推导。采用该单元对几个算例进行了计算并与试验结果及其它文献的相应结果进行了比较。计算结果表明，该单元具有良好的精度。     

一种考虑初始垂度影响的非线性索单元

本文首先运用Mathematic的符号运算功能，通过解偏微分方程给出了不等高单索的显式解析解，然后把该解析解应用于索微元的应变计算中，在此基础上用虚功原理推导了考虑初始垂度影响的两节点非线性索单元，并给出了索单元的单刚矩阵的具体形式，通过与两节点直线索单元的单铡矩阵的形式的比较，明确了该曲线非线性索单元的修正项，并给出了垂度影响因子的变化曲线。比较直观的给出了垂度对索单元刚度各项的影响程度。该非线性索单元既有多节点索单元精度高的特点，又有节点少，刚度元素较易求解以及有限元列式简洁等特点。本文通过两个数值算例表明，本文的非线性索单元是正确的，也表明了所编制的非线性计算程序是正确和可靠的。     

基于开放式结构有限元系统 SiPESC.FEMS平板壳单元研发

基于开放式结构有限元系统SiPESC.FEMS的单元计算模块的设计模式,研发设计一种通用的平板壳单元计算框架。考虑板壳单元的组合关系和程序编制过程中的重用性及灵活性等特点,采用了软件设计中的构造器(Builder)模式实现不同的组合单元。本框架具有很好的通用性和可扩展性,为有限元程序研发提供了一个新的方式;同时,系统能够处理复杂荷载和边界条件,并可灵活实现不同类型单元的组合分析。本文利用此方法构造五种平板壳单元,通过数值算例分析对比讨论其性能,为选取合适的平板壳单元类型进行结构数值分析提供参考。     

边坡弹塑性稳定性分析的无网格法

将无单元伽辽金法(EFGM) 推广到求解弹-- 黏塑性问题, 自行编制了相应的计算程序, 并应用于土质边坡的弹塑性稳定分析. 通过无单元伽辽金法计算结果与有限元法的计算结果的对比分析, 可以发现用黏弹塑性问题的无单元伽辽金法计算程序去求解弹塑性问题是方便可行的, 本文编制的计算程序稳定性好, 收敛速度快.     

加权残值法在钢筋混凝土拱桥非线性有限元分析中的应用

本文用圆弧梁离散拱肋;用圆柱拖带坐标、三次位移插值函数及平截面假定来描述单元位形;用加权残值配点法来消除曲梁单元的剪力与膜力闭锁。按基于连续介质力学的Ｕ．Ｌ．列式建立单元增量平衡方程,以考虑几何非线性。假定钢筋为理想弹塑性材料。按三参数各向同性强化塑性模型,建立混凝土的弹塑性本构矩阵。将拱单元分段分块,根据钢筋及砼的本构特性,建立拱单元及梁段单元的弹塑性刚度矩阵,以考虑材料非线性。用编制的程序对两座模型拱桥进行计算,计算结果与模型测试结果接近     

一种裂纹扩展的有限元仿真分析方法及其实现

为分析含多裂纹体在任意载荷下的断裂过程问题,给出了一种基于有限元的仿真方法及程序.基于商业有限元软件的应力分析结果和合适的断裂力学准则,判断裂纹的扩展以及扩展角;通过对每一个裂纹尖端扩展影响区域进行单元重划分,实现了多裂纹任意扩展的几何描述有限元模型更新.由于只对裂纹扩展区局部进行有限单元更新,网格划分和前期网格结果到新网格的映射的工作量相对较小,典型的裂纹扩展分析实例表明本文方法和程序的有效性.     

自由单元法及其在结构分析中的应用

通过吸收有限元与无网格法的优点,提出了一种新的数值方法------自由单元法.此方法在离散方面,采用有限元法中的等参单元,表征几何形状和进行物理量的插值;在算法方面,采用单元配点技术,逐点产生系统方程.主要特点是,在每个配置点只需要一个和周围自由选择的节点而形成的一个独立的等参单元,因而不需要考虑物理量在单元之间的相互连接关系与导数连续性问题. 本文介绍强形式与弱形式两种自由单元法,前者直接由控制方程和边界条件直接产生系统方程,后者通过在自由单元上建立控制方程的加权余量式产生弱形式积分式,并通过像传统有限元法中的积分过程建立系统方程组.本文提出的方法是一种单元配点法,对于域内点为了获得较高的导数精度,需要采用至少具有一个内部点的等参单元,为此除了可使用各阶次的拉格朗日四边形单元外, 还 给出了七节点三角形等参单元,用于模拟较为复杂的几何形状问题.      

薄膜横向振动的有限元分析

构造了一种3节点三角形膜单元,以适用于平面薄膜横向振动的有限元分析.在给出单元形函数的基础上,根据最小势能原理建立了薄膜自由振动方程,并推导了单元刚度矩阵和单元质量矩阵.研究结果表明,单元刚度矩阵和单元质量矩阵形式简单,且自由度少;通过两个典型算例,证明3节点三角形膜单元的计算结果非常接近理论解,同时可以达到很高的精度...     

CONSOLIDATION THEORY OF UNSATURATED SOIL BASED ON THE THEORY OF MIXTURE(Ⅱ)

The present paper uses the mathematics model for consolidation of unsaturatedsoil developed in ref.[1]to solve boundary value problems.The analytical solutionsfor one-dimensional consolidation problem are gained by making use of Laplacetransform and finite Fourier transform.The displacement and the pore water pressureas well as the pore gas pressure are found from governing equations simultaneously.The theoretical formulae of coefficient and degree of consolidation are also given inthe paper.With the help of the method of Galerkin Weighted Residuals,the finiteelement equations for two-dimensional consolidation problem are derived.A FORTRANprogram named CSU8 using8-node isoparameter element is designed.A plane strainconsolidation problem is solved using the program,and some distinguishing features onconsolidation of unsaturated soil and certain peculiarities on numerical analysis arerevealed.These achievements make it convenient to apply the theory proposed by theauthor in engineering practice.     

以DIASS程序为基础的饱和土与防护结构相互作用动力分析研究

介绍了新开发的防护结构动力有限元分析程序DIASS系统。该系统装有空爆冲击波荷载数值自动生成器,并可将基础土壤模拟为饱和多孔介质模型,采取多重子结构技术进行结构与土体相互作用的动力分析。文中利用该程序系统进行数值试验,给出若干初步结论。     

精化杂交压电固体单元的研究

基于力、电耦合问题的三类交量广义交分原理，提出了广义杂交压电单元列式。为了进一步改进单元的性能和保证单元能够通过分片检验，通过引入非协调模式、放松电学方程约束条件和单元间的弱连续性条件，建立了新的、修正的广义交分原理，在此基础上成功地引入了应力、应交的正交化插值模式，从而建立了精化杂交压电单元法，它继承了常规精化杂交单元的全部优点。文中所推导的八节点精化杂交压电固体单元列式完全避免了矩阵求逆运算，较广义杂交压电单元和杂交应力压电单元均显著提高了计算效率。数值算例表明，与同类型其他单元相比，该单元明显具有更好的对歪斜网格的适应性。     

构造满足特征值要求的杂交元应力子空间

通过引进适当参数给出了杂交元应力空间特征值与参数之间的关系,从而可以通过调节参数来构造满足特征值即模态刚度要求的杂交元应力子空间。本在位移元本征应力模式基础上引进调节参数,同时,利用矩阵H对角化方法计算杂交元应力子空间的本征应力模式,然后由此方便有效地计算特征值,从而大大提高了计算效率。本通过建立Q4杂交应力元特征值与参数之间关系说明了这一方法是确定可行的。     

Geometrically non-linear analysis of arbitrary elastic supported plates and shells using an element-based Lagrangian shell element

In the present paper, the ELF (element-based Lagrangian formulation) 9-node ANS (assumed natural strain) shell element was combined with the spring element for geometrically non-linear analysis of plates and shells sustained by arbitrary elastic edge supports that are subjected to variation in loading.This particular spring element serves as tool for modeling an arbitrary elastic edge support with 6 DOF (degrees of freedom). The elastic edge support was modeled by combining different spring models. The ANS method was used to overcome shear and membrane locking problems inherent in some thin plate and shell problems. In the formulation of the ELF characteristic arrays, the expression of element strains was adopted in the framework of the element natural coordinates. The non-linear analysis results of idealized edge supports were validated against the reference solutions available in the literature. As a result of the numerical test, the combination of the ELF 9-node shell element and spring element shows an exceptional performance for non-linear analysis of plates and shells under elastic edge supports.     

基于六面体网格的向量式有限元分析及应用

基于向量式有限元基本原理,给出了八节点六面体等参实体单元的基本公式,通过投影方式将空间曲面六面体转换为投影六面体,采用参考面的逆向运动求解节点纯变形,通过单元形函的虚功方程计算节点内力;针对坐标模式和内力积分模式等关键问题提出了有效的处理方案。编制了六面体实体单元的数值计算程序,并进行工程结构算例分析。结果表明,所编制程序可有效模拟实体结构的静力、动力及大变形大位移行为分析,验证了本文理论和程序的正确性和实用性。     

壳体结构弹塑性大应变动态响应分析

本文利用假设剪切应和薄膜应变场的新型退化壳单元，并考虑大应主影响对壳体结构弹塑性动态分析进行了研究，并编制了相应的程度，此程序采用修正的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ公式，它不仅考虑了大变形大应变的影响，还对单元的节点坐标和厚度在每个时间步后都给予修正，通过对一些算例计算表明，此程序数值精度很好，可用于壳体结构的工程分析，并得出结论，对于应变问题考虑和忽略大应变影响将有较大的不同。     

A refined finite element method for bending analysis of laminated plates integrated with piezoelectric fiber-reinforced composite actuators

This research presents a finite element formulation based on four-variable refined plate theory for bending analysis of cross-ply and angle-ply laminated composite plates integrated with a piezoelectric fiber-reinforced composite actuator under electromechanical loading. The four-variable refined plate theory is a simple and efficient higher-order shear deformation theory, which predicts parabolic variation of transverse shear stresses across the plate thickness and satisfies zero traction conditions on the plate free surfaces. The weak form of governing equations is derived using the principle of minimum potential energy, and a 4-node non-conforming rectangular plate element with 8 degrees of freedom per node is introduced for discretizing the domain. Several benchmark problems are solved by the developed MATLAB code and the obtained results are compared with those from exact and other numerical solutions, showing good agreement.