三维结构在循环加载条件下弹塑性分区边界元法及其应用

本文发展了一种三维结构在单调和循环加载条件下的弹塑性分析的分区边界元法并完成了相应软件的开发。采用了改进的双面理论模拟循环加载条件下的材料性质,引进了有效的奇异积分数值处理方法和推广的返回向量法(作为双面本构理论的近似积分方法,最后,运用该软件对常用的工程构件——吊钩进行了应力应变分析,并与相应的实验结果作了较为详细的比较分析。     

数字时间序列图像相关方法在动态变形测量中的应用

本文结合微机械陀螺的简谐振动测试提出了一种改进的数字图像相关方法--数字时间序列图像相关方法,并编制了相应软件.通过对作高速简谐振动的微机械陀螺进行相关分析,可以得到试件全场的位移时程曲线;进一步对其作傅里叶变换,可以得到试件的频率等参数.通过该软件得到的微陀螺的振动频率相对误差为0.12%,从而为微结构动力学研究提供了可靠的分析手段.     

消除电阻应变片大应变测量计算误差的算法研究

利用电阻应变片进行应变测量,特别在大应变测量时,测试电路输出电压与应变片应变并不是简单的线性关系.为减少或消除计算误差,提出按测试电路输出电压与应变片应变的非线性关系进行精确计算应变值,并提出了相应的改进算法应变计算公式,在单臂应变计感受应变测量场合,对大应变和小应变测量均适用,无计算误差,并得到了实验论证.同时提出了考虑应变片灵敏度系数修正和长导线电阻修正的改进算法应变计算公式,非常容易通过软件实现,可广泛应用于科学实验和工程测量.     

Nanson公式证明的诠注及一个新证明

针对现行文献对Nanson公式证明的3种不同方法, 文章分别从数学演绎与力学概念明 晰化的角度对3种证明的演绎过程及其特色进行了分析, 指出了相应的优劣之处以及各自 需要改进的地方. 在此基础上, 文章给出了一个改进的易于理解的证明. 文章还提出了力学 问题的演绎与证明应该充分反映力学规律的论点.     

改进的复合材料T型长桁压损失效的数值分析方法研究

针对碳纤维增强树脂基复合材料T型长桁的压损失效,对常用的有限元建模方法进行改进,通过shell-solid混合建模保留填充区细节来提高分析精度。为了比较,另外还建立了不带填充区细节的有限元模型。有限元模型结合渐进损伤分析方法,利用ABAQUS软件进行非线性求解后得到了长桁的屈曲载荷、破坏载荷及失效模式。相应地,制造了T型长桁试验件进行压损试验,对建模方法进行验证。通过对比发现,带填充区模型能提高1%～5%的计算精度,使计算结果与试验值吻合得更好,验证了该改进方法的有效性。     

含固支端梁的解析解

采用弹性力学的应力函数法求含固支端梁的应力和位移时,无法严格满足固支端的实际边界条件,需要采用简化的固支边界条件。本文对已有的简化固支边界条件进行了改进,基于新的简化固支边界条件,推导出了四种含固支端梁的应力和位移的解析解,并进行了相应的数值计算,对几种固支边界条件进行了讨论。由本文方法得到的上表面受均布载荷作用悬臂梁的位移u和v的解析解与有限元解的最大误差分别为3.0%和1.0%,两端固支梁的应力σx的解析解与有限元解的最大误差为5.3%。通过理论与数值结果的比较表明,本文改进的固支边界条件是对固支端一种很好的简化。     

非等温黏弹性复杂流动的改进SPH方法模拟

非等温黏弹性流体广泛存在于自然界和工业生产中,准确预测黏弹性流体的非等温流动机理和复杂流变特性有着重要的应用价值.文章提出一种改进的光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法对非等温黏弹性复杂流动进行了数值模拟,其中流体的黏弹特性通过eXtended Pom-Pom本构模型来表征.为了提高模拟结果的精度,采用了一种核函数梯度的修正算法;为了灵活地施加边界条件,发展了边界粒子和虚拟粒子相联合的边界处理方法;为了消除流动过程中的拉伸不稳定性,施加了粒子迁移技术.运用改进SPH方法数值模拟了液滴撞击固壁和F型腔注塑成型问题,通过与Basilisk软件得到的结果进行比较验证了改进SPH方法求解非等温黏弹性流体的有效性.通过利用不同粒子初始间距进行计算,评价了改进SPH方法的数值收敛性.研究了非等温流动相较于等温流动的不同流动特征,深入分析了不同热流变参数对流动过程的影响.数值结果表明,文章提出的改进SPH方法可稳定、准确地描述非等温黏弹性复杂流动的传热机理、复杂流变特性和自由面变化特性.     

航天器多体系统动力学模型及仿真软件

本文以Newton-Euler方程为基础,应用旋量-矩阵方法推导的多体系统动力学理论模型,开发了相应的仿真软件,然后以单翼航天器太阳阵的展开为例,对多体系统进行了动力学仿真和分析.理论模型和仿真软件都充分考虑了其在航天器动力学分析中的通用性和实用性.     

基于有限变形理论的数值流形方法研究

原有数值流形方法通过积累每一时步的小变形而得到结构最终的大变形,然而,当结构发生大变形、大转动时往往产生较大计算误差. 针对该问题,从动量守恒方程以及应力边界条件的积分弱形式出发,引入流形方法的插值函数,建立了基于有限变形理论的数值流形方法. 通过对比改进前后流形方法的计算迭代格式,指出了原有流形方法计算大变形问题时的误差来源. 最后,通过大变形悬臂梁和旋转块体算例对有限变形流形方法进行了验证. 数值结果表明,改进后的流形方法能够很好地处理大变形大转动问题,消除了转动所带来的计算误差,其计算结果与解析解及ABAQUS 软件求得的数值解相吻合.      

基于有限变形理论的数值流形方法研究简

原有数值流形方法通过积累每一时步的小变形而得到结构最终的大变形,然而,当结构发生大变形、大转动时往往产生较大计算误差. 针对该问题,从动量守恒方程以及应力边界条件的积分弱形式出发,引入流形方法的插值函数,建立了基于有限变形理论的数值流形方法. 通过对比改进前后流形方法的计算迭代格式,指出了原有流形方法计算大变形问题时的误差来源. 最后,通过大变形悬臂梁和旋转块体算例对有限变形流形方法进行了验证. 数值结果表明,改进后的流形方法能够很好地处理大变形大转动问题,消除了转动所带来的计算误差,其计算结果与解析解及ABAQUS 软件求得的数值解相吻合.     

非线性MEMS微梁的重心有理插值迭代配点法分析

文章利用重心有理插值迭代配点法分析计算非线性MEMS微梁问题。通过处理MEMS微梁的几何通过假设初始函数,将微梁非线性控制方程转换为线性化微分方程,建立逼近非线性微分方程的线性化迭代格式。采用重心有理插值配点法求解线性化微分方程,提出了数值分析MEMS微梁非线性弯曲问题的重心插值迭代配点法。给出了非线性微分方程的直接线性化和Newton线性化计算公式,详细讨论了非线性积分项的计算方法和公式。利用重心有理插值微分矩阵,建立了矩阵-向量化的重心插值迭代配点法的计算公式。数值算例结果表明,重心插值迭代配点法求解微梁非线性弯曲问题,具有计算公式简单、程序实施方便和计算精度高的特点。     

基于子结构法的土-地下空间结构体系地震反应高效计算系统研究

为研发适用于土-地下空间结构相互作用体系地震反应分析的高效计算系统，本文基于子结构方法，综合利用ABAQUS软件和SASSI 2010的各自优势，通过二次开发，构建了一个适于土-地下空间结构动力相互作用分析的高效计算系统(ABAQUS-SASSI 2010 Combined System，简称ASCS)．该计算系统实现了ABAQUS软件和SASSI 2010的无缝连接，用户可以按照ABAQUS软件的可视化前处理功能，方便地建立包括土-地下空间结构相互作用体系在内的各种有限元模型，并调用和执行SASSI 2010程序的不同模块，按子结构方法对整个体系实施高效计算．为验证ASCS计算系统的有效性，文中首先采用ASCS计算系统对日本阪神地震中大开地铁车站的震害进行了模拟；然后，采用ABAQUS软件建立土-大开地铁车站结构相互作用体系的整体有限元分析模型，通过对比分析ASCS计算系统的子结构法结果和ABAQUS软件的整体有限元法结果，进一步验证了ASCS计算系统的计算精度和效率．结果表明：基于本文ASCS计算系统的数值模拟结果与阪神地震中大开地铁车站的震害结果一致；ASCS计算系统的子结构法结果与整体有限元法结果基本吻合，但前者的CPU时间是后者的1/21，明显提高了计算效率．     

框架预应力锚杆边坡支护结构的稳定性分析方法及其 应用

以边坡极限平衡理论及框架预应力锚杆边坡支护结构的圆弧滑动破坏模式为基础,在考虑框架、锚杆对土体边坡稳定性影响的情况下,基于圆弧滑动条分法的思想利用积分法建立了内部稳定性安全系数计算模型和最危险滑移面搜索模型。确定滑移面圆心坐标为几何控制参数,推导了安全系数计算模型中各变量与滑移面圆心坐标之间的函数关系式,从而获得了滑移面几何控制参数与内部稳定性安全系数之间的函数关系。利用网格法对框架预应力锚杆支护结构最危险滑移面的圆心坐标进行动态搜索和求解。最后采用Matlab语言编制了框架预应力锚杆边坡支护结构的稳定性分析程序,并结合工程实例进行了验算,讨论了此种方法的适用条件,结果表明该方法简明适用,较传统的经验分析方法更加合理。     

基于哈密尔顿体系的裂纹尖端应力奇性分析及计量

对弹性平面扇形域问题,将径向坐标模拟成时间坐标,通过适当的变换,将扇形域问题导向哈密尔顿体系,利用分离变量法及本征函数向量展开等方法,推导出裂纹尖端的应力奇性解的计算公式,结合变分原理,提出一种解决应力奇性计算的断裂分析元,将此分析元与有限元法相结合,可以进行某些断裂力学或复合材料等应力奇性问题的计算及分析,数值计算结果表明,该方法具有精度高,使用十分方便,灵活等优点,是哈密尔顿体系和辛数学优越性的一次具体体现。     

An analysis and calculation on unsteady flow in exhaust system of diesel engine

In this paper, the unsteady and non-homoentropic flow in exhaust system of diesel engine is analysed and calculated by means of characteristic method. This paper makes proper treatment in calculation, particularly in calculation of boundary conditions, then the calculation program obtained is rather common and the convergence of calculation is faster too. Finally, in this paper, we take exhaust system of 6135 turbocharged diesel engine for an example and make numerical calculation for it, The results obtained are quite satisfactory.     

径,混流式前向三元叶轮成型设计研究

本文提供了一个径、混流式前向三元叶轮成型设计的计算方法和计算机程序(逆命题).着重讨论了前向三元叶轮成型设计与计算中的若干问题(包括前向叶轮的加载特点、流线导数和曲率及子午弧长的计算、流线插值、初场的给定、松驰因子的选取及子午流道形状的数值设计.最后给出了一个应用本文方法和程序设计出的实例.     

CFD／CSD紧耦合及新型动网格方法在气动弹性模拟中的应用

研发出一套基于紧耦合的CFD／CSD耦合方法和程序。非定常流场求解采用混合网格有限体积方法,时间离散采用基于LU-SGS隐式格式的双时间步长法。通过求解雷诺平均Navier—Stokes方程模拟了三维机翼的跨音速气动弹性现象。得到了其颤振边界,与风洞实验结果吻合较好,验证了方法和程序的有效性和实用意义。同时将Delau...     

空腹设拱重力坝优化设计

本文采用序列二次规划法进行空腹设拱坝断面优化设计,在求解过程中应用了运动极限和约束删除技术。经考核证实本文研制的优化程序收敛速度快,计算结果可靠。     

弹性抗滑桩锚固段内力计算的反力荷载法

传统的抗滑桩锚固段内力计算是将锚固段视为Winkler弹性地基梁,以幂级数解法为基础,采用地基系数“m”法或“K”法,通过查表得到桩身内力,计算过程较为繁琐,且受表中各系数的截断误差的影响,常使内力计算结果存在一些偏差。以地基系数“m(K)”法的有限差分法是一种较为理想的方法,但需通过迭代计算,且分段数较多。本文基于地基系数“m(K)”法推导了抗滑桩锚固段内力计算的反力荷载法计算公式,提出了计算精度控制方法;较之于有限差分法,本文方法无需迭代计算,具有分段数少的特点;编写了全桩内力计算和图形处理程序;计算实例表明,与传统方法相比,可有效提高抗滑桩内力分析效率和计算精度,有利于抗滑桩结构的优化设计。     

Fast dynamic modeling for off-road track vehicles

The paper presents a simple, fast, and reliable dynamic model for an off-road track vehicle operating on terrain with obstacles. The method has been proven previously for wheeled-vehicle formulation. The model is based on a discrete body dynamics (DBD) method, which leads to simplistic linear decoupled motion equations. In this method, joints and bodies with relatively small mass are replaced with stiff springs and dampers, eliminating the system’s constraints and reducing the number of system bodies; this is important for accelerating the simulation runtime of the track vehicle model. The track in this approach is based on modeling each link as a point-mass. Two consecutive links are connected by stiff springs and dampers. This approach reduces the calculation time and increases system stability. The track–soil interaction was modeled using Bekker’s and Janosi’s formulation (Bekker, 1956; Hanamoto and Janosi, 1961). Specific soil properties were obtained for each link–soil interaction from soil classification and GIS. The link–ground contact was determined from topographic surface and adjustment of the force and direction acting on the track. The results of the simulation using the DBD method were compared with Siemens' VL commercial multibody dynamics program and with experiments reported in the literature. Results using the proposed method were found to be similar to the commercial program based on published experiments. The solution runtimes obtained for unpaved soil were two orders faster with the DBD method compared with the Siemens' VL program. The model was written as an independent software infrastructure, enabling easy integration with any other software component, such as a control system. The algorithm is in a suitable form for parallel processing calculation to speed up the runtime simulation close to real-time.