含缺陷结构的塑性极限分析

结合极限分析中的数学规划理论和有限元技术,提出了三维含结构极限分析的数学规划方法,并采用罚函数法引入塑性不可压条件,对于考虑多组独立变化载荷作用的情况,提出了加载路径射线辐射求解方案,并基于这种射线射状的加载路径,推导了多组载荷联合作用下结构塑性极限上限分析的数学规划格式,编制了相应的有限元程序,文中的数值了该方法的正确性与有效性。     

内压作用下弯管的塑性极限载荷分析

在变壁厚椭圆截面弯管应力分析的基础上,运用Tresca 和von Mises 屈服准则,对承受内压作用的钢制弯管进行了极限载荷分析,推导出考虑弯管截面壁厚变化和弯管椭圆度的变壁厚椭圆弯管的塑性极限压力计算式. 弯管的极限载荷随着弯管的壁厚和弯管的椭圆度的不同而变化.     

基于自然单元法的轴对称结构极限上限分析

自然单元法是一种以自然邻近插值为试函数的新兴无网格数值方法,其形函数的计算不涉及矩阵求逆,也不需要任何人为参数。为了充分发挥自然单元法的优势,本文基于极限分析上限定理建立了轴对称结构极限上限分析的整套求解算法。轴对称结构的位移场由自然邻近插值构造,并且采用罚函数法处理材料的不可压条件。为了消除目标函数非光滑所引起的数值困难,采用逐步识别刚性区和塑性区,并对两者用不同方法进行处理。数值算例结果表明,本文提出的轴对称结构极限上限分析方法是行之有效的。     

钢框架抗震耗能节点梁的极限承载力分析1）

为提高结构的抗震性能，框架结构中以翼缘削弱型节点为代表的延性耗能节点逐渐代替传统节点，为研究翼缘削弱型节点框架梁在单向比例加载时的极限载荷，对削弱梁极限状态进行了分析，判定极限状态下削弱梁塑性铰生成的位置并计算极限载荷，将计算结果和普通梁进行对比.分析结果表明：削弱梁越长承载力下降越明显，对短梁需要选择合适的削弱参数，才能避免塑性铰出现在梁端.研究结果可为削弱梁塑性设计提供依据，同时拓展结构力学极限载荷学习内容.     

多孔材料塑性极限载荷及其破坏模式分析

运用塑性力学中的机动极限分析理论，研究韧性基体多孔材料的塑性极限承载能力和破坏模式。以多孔材料的细观结构为研究对象，将细观力学中的均匀化理论引入到塑性极限分析中，并结合有限元技术，建立细观结构极限载荷的一般计算格式，并提出相应的求解算法。数值算例表明：细观孔洞对材料的宏观强度影响明显；在单向拉伸作用下，孔洞呈现膨胀扩大规律；多孔材料破坏源于基体塑性区的贯通。     

基于土质边坡塑性极限分析条分法的可靠度计算方法研究

从土塑性极限分析上限定理出发,以土质边坡塑性极限分析条分法为基础,在引入可靠性分析方法(JC法)后,建立了土质边坡塑性极限分析条分法可靠度极限状态方程,并推导得到了塑性极限分析条分法可靠度计算公式。这种方法实现了定值计算向不确定性计算的转变,同时可靠度指标β的计算结果具有概率的意义。     

含局部减薄弯头塑性极限载荷的数值分析

局部减薄是一种压力管道表面常见的体积型缺陷，它不仅会降低管道的承载能力，而且还可能引起管道破坏，导致严重的事故．采用数值分析方法，对内压和面内弯矩作用下含局部减薄弯头的极限载荷进行了研究，分析了载荷组合、缺陷形状、位置、尺寸对弯头极限承载能力的影响，讨论了导致弯头破坏的典型失效模式．提出了含局部减薄缺陷弯头的塑性极限载荷工程估算式．计算结果为含缺陷弯头的安全评定提供了理论依据．     

弹塑性板壳结构非线性有限元分析

本文根据塑性流动理论的基本公式，由隐式积分导出了与路径无关的变量更新算法和一致切线模量。采用单元广义应力应变直接离散塑性流动定律，构造了杂交应力单元一致切线刚度矩阵的显式表达式，编制了结构有限元程序ＳＡＦＥ，数值算例表明：本文的计算方法和计算程序是正确可靠的，可用于弹塑性板壳结构的非线性分析，计算结果屈曲临界载荷和极限承载能力。     

碰撞受损圆柱壳的极限载荷分析

本文根据塑性力学原理对碰撞受损圆柱壳的轴压极限载荷进行了理论分析,提出了一种全塑性模型解法,并采用杂交浅曲梁单元对典型的受损圆管进行了数值研究。     

基于均匀化理论韧性复合材料塑性极限分析

运用细观力学中的均匀化方法分析了韧性复合材料的塑性极限承载能力.从反映复合材料细观结构的代表性胞元入手,将均匀化理论运用到塑性极限分析中,计算由理想刚塑性、Mises组分材料构成的复合材料的极限承载能力.运用机动极限方法和有限元技术,最终将上述问题归结为求解一组带等式约束的非线性数学规划问题,并采用一种无搜索直接迭代算法求解.为复合材料的强度分析提供了一个有效手段.     

Upper-bound limit analysis based on the natural element method

The natural element method (NEM) is a newly-developed numerical method based on Voronoi diagram and Delaunay triangulation of scattered points, which adopts natural neighbour interpolation to construct trial functions in the framework of Galerkin method. Owing to its distinctive advantages, the NEM is used widely in many problems of computational mechanics. Utilizing the NEM, this paper deals with numerical limit analysis of structures made up of perfectly rigid-plastic material. According to kinematic theorem of plastic limit analysis, a mathematical programming natural element formulation is established for determining the upper bound multiplier of plane problems, and a direct iteration algorithm is proposed accordingly to solve it. In this algorithm, the plastic incompressibility condition is handled by two different treatments, and the nonlinearity and nonsmoothness of the goal function are overcome by distinguishing the rigid zones from the plastic zones at each iteration. The procedure implementation of iterative process is quite simple and effective because each iteration is equivalent to solving an associated elastic problem. The obtained limit load multiplier is proved to monotonically converge to the upper bound of true solution. Several benchmark examples are investigated to validate the significant performance of the NEM in the application field of limit analysis.     

极限下限分析的正交基无单元Galerkin法

基于极限分析的下限定理，建立了用正交基无单元Galerkin法进行理想弹塑性结构极 限分析的整套求解算法．下限分析所需的虚拟弹性应力场可由正交基无单元Galerkin法直接 得到，所需的自平衡应力场由一组带有待定系数的自平衡应力场基矢量的线性组合进行模 拟．这些自平衡应力场基矢量可由弹塑性增量分析中的平衡迭代得到．通过对自平衡应力场 子空间的不断修正，整个问题的求解将化为一系列非线性数学规划子问题，并通过复合形法 进行求解．算例表明该方法有效地克服了维数障碍问题，使计算效率得到了充分的提高，是 切实可行的．     

PLASTIC LIMIT LOAD ANALYSIS OF DEFECTIVE PIPELINES

The integrity assessment of defective pipelines represents a practically important task of structural analysis and design in various technological areas, such as oil and gas industry, power plant engineering and chemical factories. An iterative algorithm is presented for the kinematic limit analysis of 3-D rigid-perfectly plastic bodies. A numerical path scheme for radial loading is adopted to deal with complex multi-loading systems. The numerical procedure has been applied to carry out the plastic collapse analysis of pipelines with part-through slot under internal pressure, bending moment and axial force. The effects of various shapes and sizes of part-through slots on the collapse loads of pipelines are systematically investigated and evaluated. Some typical failure modes corresponding to different configurations of slots and loading forms are studied.     

一种基于证据理论的结构可靠性分析方法

提出了一种基于证据理论的结构可靠性高效求解方法. 通过构造优化问题求解极限状态方程的非概率可靠性指标及设计验算点, 并构造一辅助区域. 通过辅助区域显著减少需要进行极值分析的焦元个数, 并基于区间分析方法减少焦元上极限状态方程的计算次数, 从而有效降低计算成本. 数值算例及工程应用验证了该方法的有效性.     

基于水平集法的薄板加强筋分布优化理论研究

基于水平集方法，提出薄板加强筋分布的拓扑优化理论。采用Kirchhoff板单元，通过刚度等效，分别使用不同的抗弯刚度表征薄板与加强筋，继而通过水平集方法描述加强筋的布局并进行加强筋分布拓扑优化。以最小柔顺度为设计目标，进行了几种典型载荷下加筋板结构的加筋分布优化设计，通过与变密度方法（SIMP）结果以及现有文献设计结果进行对比，验证了本文提出的加强筋分布拓扑优化理论。结果显示，本文方法能够避免灰度单元，获得清晰的加强筋优化布局和尺寸。     

基于自然单元法的极限上限分析

自然单元法是一种基于离散点集的Voronoi图和Delaunay三角化几何信息,以自然邻近插值为试函数的新型数值方法.相对于一般无网格法中常采用的移动最小二乘近似而言,自然邻近插值不涉及到复杂的矩阵求逆运算,更不需要任何人为的参数,可以提高计算效率.采用该方法构造的形函数满足Delta函数的性质,可以像有限元一样准确地施加边界条件,可以方便处理场函数及其导数的不连续性的问题.论文将自然单元法应用到极限上限分析中,编制了相应的计算程序,通过极限分析的几个经典算例进行了验证,同时采用类似于分片应力磨平的方式,编制相应的磨平程序,由计算点上的塑性耗散功外推得到了节点上的塑性耗散功的值,从而画出了极限状态下结构的塑性耗散功的分布云图.计算结果表明采用自然单元法求解极限上限分析具有稳定性好,精度高,收敛快等优点.     

Limit analysis of composite materials based on an ellipsoid yield criterion

Employing repeating unit cell (RUC) to represent the microstructure of periodic composite materials, this paper develops a numerical technique to calculate the plastic limit loads and failure modes of composites by means of homogenization technique and limit analysis in conjunction with the displacement-based finite element method. With the aid of homogenization theory, the classical kinematic limit theorem is generalized to incorporate the microstructure of composites. Using an associated flow rule, the plastic dissipation power for an ellipsoid yield criterion is expressed in terms of the kinematically admissible velocity. Based on nonlinear mathematical programming techniques, the finite element modelling of kinematic limit analysis is then developed as a nonlinear mathematical programming problem subject to only a small number of equality constraints. The objective function corresponds to the plastic dissipation power which is to be minimized and an upper bound to the limit load of a composite is then obtained. The nonlinear formulation has a very small number of constraints and requires much less computational effort than a linear formulation. An effective, direct iterative algorithm is proposed to solve the resulting nonlinear programming problem. The effectiveness and efficiency of the proposed method have been validated by several numerical examples. The proposed method can provide theoretical foundation and serve as a powerful numerical tool for the engineering design of composite materials.