薄壳问题的一种数值解法

本文直接从三维弹性力学微分方程出发,依据三维的Kelvin解,应用最小二乘法建立了三维虚边界元法解薄壳问题的一般方法。本方法的显著优点是：不论求解何种壳体问题,思想是不变的,均以三维的Kelvin解来建立方程,而勿需对不同几何形状的壳本采用不同的基本解。文中给出了数值算例,以作为本方法的应用。本文方法与边界元直接法相比,优点在于无需处理奇异积分,且系数阵是对称的;再者,本文方法思想简单,程序实现容易。     

Kelvin问题的一种新解法

1.引言在静弹性力学的边界元法中,Kelvin问题的解是一种非常重要的基本解.自1848年Lord Kelvin首先用分量形式的Helmhoty分解求出作用在一无限大域内的集中力产生的位移和应力场的特解以来,文献[2]、[3]又用矢量分解的形式进行了求解.其实矢量分解的方法只不过是Lord Kelvin提出的解法的一种冠以矢量算子的简洁书写形式而已.本文将要采用一种全新的方法,直接推导出二维和三维Kelvin问题与边界元法相应的基本解函数.与其它方法相比,该法新颖,且尤为简洁、方便.     

虚边界元最小二乘配点法

本方法是在虚边界上进行数值积分，在实边界上有限个点处满足给定问题边界条件的一种数值算法。在虚边界上积分是为能寻求到使原问题得到正确解的较好的分布虚体力；在实边界上配点，是依据加权残数法中超额配点，即最小二乘配点法的思想。文中给出了本文方法的基本思想，并给出了壳体的算例。由数值结果表明本文方法的计算精度是令人满意的。     

电磁弹性固体三维问题的虚边界元-等额配点法

依据弹性力学虚边界元法的基本思想和电磁弹性固体的基本解,提出了电磁弹性固体三维问题的虚边界元-等额配点法.该方法继承传统边界元法优点的同时,有效地避免了传统边界元法的边界积分奇异性的问题.算例表明该方法有很高的精度,是求解电磁弹性固体三维问题的一个有效的数值方法.     

二维粘弹性结构动力响应的边界元法分析

本文应用直接边界单元法结合Laplace变换和反变换技术,建立了粘弹性结构动态响应分析的一个较好的数值求解方法。在Laplace变换区域中,应用边界单元法求出相应的变换解,然后再应用改进的Dufbh方法进行Laplace反变换,求出实时区域内的解。根据磨光函数理论,引入了Lanczos因子,改进了Durbin数值反变换方法的计算精度和效率。计算证明,本方法具有计算精度高,数据准备简单,所需计算机的容量少等优点。     

压电材料三维问题的虚边界元——最小二乘配点法

从压电材料三维问题的基本方程出发,利用已有的压电材料三维问题的基本解以及弹性力学虚边界元方法的基本思想和线性叠加原理,提出了压电材料三维问题的虚边界元——最小二乘配点解法。虚边界元解法继承了传统边界元方法的优点,并且有效避免了传统边界元方法中可能遇到的边界积分奇异性问题。最后,文章给出了压电材料三维问题的几个数值算例,并且与解析解做了比较,结果表明本文的方法具有较高的精度,是解决该问题一个十分有效的数值求解方法。     

边界面法分析三维实体线弹性问题

本文利用以边界积分方程为理论基础的边界面法分析三维实体的线弹性问题。在该方法中,边界积分和场变量插值都是在实体边界曲面的参数空间里进行。积分点的几何数据,如坐标、雅可比、外法向量都是直接由曲面算得,而不是通过单元插值近似,从而避免了几何误差。另外,该方法的实现是直接基于CAD模型中的边界表征数据结构,可以做到与CAD系统无缝集成。在分析中,避免对结构作几何上的简化,结构的所有局部细节都按照实际形状尺寸作为三维实体处理。应用实例表明,本文方法可以简单有效地模拟具有细小特征的复杂结构,可以直接基于三维弹性理论求解薄型壳体结构,可以获得比有限元法更精确的计算结果。     

回转体弹塑性扭转问题的一种边界积分方程解法

本文利用调和函数性质和格林公式,建立以应力函数和边界合剪应力为场变量的边界积分方程.对奇异积分,按离开奇异点远近不同分别采用不同阶次的高斯积分.处理了角点处五种可能的情况和零轴上积分分母为零的现象.对于弹性和弹塑性问题都给出了部分实例.并与理论解,由Kelvin解建立的边界元法和松弛法作了比较.均得出十分满意的结果.     

热弹性平面问题的规则化边界积分方程

对于热弹性平面问题,过去广泛集中在直接变量边界元法研究,本文研究间接变量规则化边界元法,建立了间接变量规则化边界积分方程。和直接边界元法相比,间接法具有降低密度函数的连续性要求、位移梯度方程中的热载荷体积分具有较弱奇异性等优点。数值实施中,用精确单元描述边界几何,不连续插值函数逼近边界量。算例表明,本文方法效率高,所得数值结果与精确解相当吻合。     

含压电层的功能梯度柱壳的自由振动分析

基于三维弹性理论，导出了带有压电层的圆柱形梯度壳的动力学方程以及相应的边界条件，用幂级数展开法得到了求解该圆柱形梯度壳自由振动的三维精确公式．通过实例模型求解了该壳体的自由振动的固有频率；分析了不同电学边界条件对壳体的振动频率的影响。结果可评估各种近似理论解和数值解的正确性。     

集中载荷作用下具有光滑中心波纹膜片的非线性分析

波纹膜片是一种薄壳弹性体，由于它的参数很多，又相互制约，所以使得它的设计很复杂。在大多数位移式仪器仪表中，要求波纹膜片产生至少和膜片厚度是同样数量级的弹性位移。这就要求使用薄壳的几何非线性理论进行分析。大多数学者研究波纹膜片的弯曲问题，是采用扁壳理论讨论具有浅波纹的膜片。而工程实际中，经常遇到深波纹膜片，这就要求从一般壳体大挠度方程进行求解。本文采用轴对称旋转壳体的简化Re-issner方程。研究了在中心集中载荷作用下具有光滑中心波纹膜片的非线性弯曲问题。应用积分方程方法，可以获得膜片的特征关系（载荷-中心挠度关系）和应力分布。文末给出实例计算的数值结果。     

Thermoelastic stability of a double-layered spherical shell

In the paper the axi-symmetrical thermoelastic stability of free double-layered spherical shells at uniform temperature is considered. The basic equations are derived from Reissner's theory of thin shells and assumptions that materials of the layers are linear thermoelastic. The conditions for the buckling of shells are determined. The temperature-deflection diagrams are calculated by using the collocation method.     

Postbuckling analysis of elastic shells of revolution considering mode switching and interaction

The postbuckling response of shells is known to exhibit complex phenomena including mode switching and interaction, particularly in the advanced postbuckling range. The existing literature contains many initial postbuckling analyses as well as advanced postbuckling analyses for a single buckling mode, but little work is available on the advanced postbuckling analysis of shells of revolution considering mode switching and interaction. In this paper, a numerical method for the advanced postbuckling analysis of thin shells of revolution subject to torsionless axisymmetric loads is presented, in which such mode switching and interaction are properly captured. Numerical results obtained using the present method for several typical problems not only demonstrate the capability of the method, but also lead to significant observations concerning the postbuckling behavior of thin shells of revolution. In particular, the results show that strong interaction between different harmonic modes may exist and the transition of deformation mode from one to another is gradual. Consequently, the conventional approach of finding the postbuckling path of a shell as the lower festoon curve of postbuckling paths of individual harmonic modes is not valid and is at best a convenient approximation.     

On the analyses of vibration and stability for orthotropic circular cylindrical shells conveying fluid

Based on flügge's thin orthotropic shell equations and a linear potential flow theory, buckling instability and flutter-type instability of orthotropic circular cylindrical shells conveying fluid are studied. By means of the expansion in beam-mode functions and Galerkin's method they can be reduced to solving a generalized complex eigenvalue problem. In calculating the generalized forces defined as Eq. (23), a direct numerical integration technique, which has proven to be more efficient than others, is used. For clamped-clamped orthotropic shells several numerical examples show that the effects of axial elastic modulus on the dynamic behaviors are quite different from those of circumferential elastic modulus.     

Stress Concentration in an Axially Compressed Cylindrical Shell of Medium Thickness with an Elliptic Opening

Stress concentrations at the periphery of elliptic and circular openings are determined experimentally by the photoelastic method for three compressed cylindrical shells of medium thickness made of epoxy resin. The experimental values are compared with numerical values obtained by the theory of thin shells     

旋转壳的数值传递函数方法

应用数值传递函数方法建立一种用于分析旋转壳静力、动力响应的截锥壳单元,在本方法中,单元的位移在环向展开为Fourier级数的形式,应用薄壳理论可以得到解耦的微分方程,通过Laplace变换可以将方程转化为频域内的常微分方程,将其表示为状态空间形式后,可以应用数值传递函数方法求解,对复杂的系统可以应用与有限元类似的方法,划分多个单元组合求解,文中给出了几种旋转壳的动力、静力问题的数值算例,并与其它方法进行了比较,表明本文方法具有精度高,计算方便等特点。     

载流圆锥薄壳的磁弹性应力与变形分析

在建立旋转壳体的非线性磁弹性运动方程的基础上,研究了电磁场和机械载荷联合作用下载流圆锥薄壳的磁弹性效应．通过算例,得到了载流圆锥薄壳的位移及应力与通电电流强度之间的关系．解决了圆锥薄壳顶点处的奇异性问题,给出了轴对称条件下的数值解．计算结果表明：改变通电电流强度,可以改变载流圆锥薄壳的应力与变形状态,达到控制圆锥薄壳的受力与变形的目的．     

基于混合变量条形传递函数方法的圆柱壳屈曲分析

提出了一种分析交各向异性圆柱壳和阶梯圆柱壳稳定性问题的混合变量条形传递函数方法。首先基于Fluegge薄壳理论，通过定义广义位移变量和对应的广义力变量，建立了圆柱壳混合变量能量泛函；然后通过引入条形单元，定义混合状态变量和采用传递函数方法对超级壳单元求解，得到具有多种边界条件圆柱壳屈曲问题的半解析解；最后通过位移连续和力平衡条件，可以得到阶梯圆柱壳屈曲问题的解。理论解推导过程表明此方法在引入边界条件和进行阶梯圆柱壳求解时非常方便。算例分析的结果验证了本方法的正确性。