解电磁场问题的延拓有限元方法

本文根据有限单元法的思想求解连续体的电磁场方程时,在不增加总节点数目的情况下,将通常意义下的单元进行延拓,定义了嵌套单元域,于是可以利用单元外(嵌套单元域内)的节点信启,强迫单元内的插值函数高次化,从而构造出广义形状函数。由此出发建立离散电磁场的总体方程,得到了利用外点(单元外)信息构造有限元子空间的新方法。称为延拓有限元法。该方法另辟蹊径,是一种新的高精度分析的有限元法,具有广泛的应用价值。     

TL法和UL法对刚架弹性大位移分析的适用性

本文分别基于Total Lagrange(TL)和Updated Lagrange(UL)描述分别导出了适用于刚架问题几何非线性分析的有限元公式系统，并研制了相应的计算程序，文中从量化的角度讨论了上述两种列式方法在通常情况下的适用性，并研究了诸如有限单元划分、杆件中轴向力的大小以及采用通常积分方法或积分平均化方法时等多种因素对于有限单元TL法和UL法适用性方面的影响，本文得出了一些相对量化的结论，对于非线性有限元方法的实际工程应用具有一定的指导意义。     

加肋开孔柱壳混合有限条——有限元屈曲分析

本文提出了一种分析环加肋开孔柱壳屈曲问题的混合有限条──有限元法。环加肋柱壳作为一个构造上的正交各向异性壳处理，柱壳非开孔区采用有限条元离散，开孔区采用有限单元离散。在有限条元与有限单元交界面上，根据位移协调条件建立条元和单元的耦合关系，并据此构造一种特殊的过渡单元、联接条元和单元，进行整体分析。算例表明，这一方法对开孔柱壳屈曲问题的分折十分有效。     

分析圆板横向振动的动态有限条法

本文首次将动态有限元法应用于轴对称圆板的振动特性分析,采用了位移函数沿周向按三角级数展开的环板弯曲单元,发展成为只需沿径向划分单元的动态有限条法。用单元谐振变形作为形状函数,按频率的升幂级数展开,建立了动态单元的质量和刚度矩阵,并使它的特征值求解问题与常规分析方法相协调。     

非网格重剖分模拟宏观裂纹体的扩展有限单元法(Ⅰ:基础理论)

基于有限元计算网格,扩展有限单元法通过建立特殊的广义节点插值形式来描述含裂缝体的不连续位移场,避免了有限元法模拟裂缝时需要的网格重划分。进而,本文从虚功原理出发,在有限元法框架内完整地推导了能模拟宏观裂纹力学场的扩展有限元法实现公式,在理论上更全面地考虑了内部裂纹面上分布外载荷及缝内粘连材料刚度的影响,并提出了构建统一的扩展有限单元刚度阵形成模式,保证了与传统有限单元方式的协调一致。文中对方法的实现过程也做了详细阐述,给出了通用的计算公式,确保了算法的可行性。     

Lamb波在复合材料板中传播的谱有限元模拟

众所周知Lamb波在复合材料中的传播呈各向异性的特点,经典有限元法模拟这类问题效率不高,所以,本文采用谱有限元法进行研究。先建立了一种新的谱有限板单元,该单元以Gauss-Lobatto-Legendre点作为节点,使质量矩阵是对角矩阵;另外,该单元采用了扩展的位移场,能够较好地模拟板结构的三维特性。然后,对复合材料板结构中Lamb波在对称模式与反对称模式下的传播速度进行了求解,将计算结果与Mindlin板谱单元的结果以及三维弹性理论的结果进行了比较,并讨论了Lamb波在反对称层合板中的传播特点。最后,模拟了Lamb波在含和不含损伤复合材料层合板中的传播,数值结果表明所建立的谱有限板单元可以较好地模拟出Lamb波在复合材料板结构中的传播特性。     

动压推力轴承的边界元分析

本文利用Green第二公式,将Reynolds方程转化为沿边界的积分方程,并将非线性项作为自由项的一部分处理,采用常单元离散边界Γ,用迭代技术求出油膜压力分布,与有限差分法和有限元法比较,边界元法的结果更接近解析解.     

用样条有限点法解圆柱壳的静力、动力和稳定问题

对于弹性薄板的静力、动力和稳定问题,文献[1][2]等已表明,利用样条有限点法比有限元法、有限条法及样条有限元法计算工作量少,而精度高,特别是解动力和稳定问题其优点更加显著。这种方法不但可应用于薄板问题,而且可应用于几乎与有限条法相同领域的所有问题,如厚板、夹层板、加筋板、圆柱壳、旋转壳体等问题。本文计     

求解固体力学问题的强?弱耦合形式单元微分法

单元微分法是一种新型强形式有限单元法. 与弱形式算法相比, 该算法直接对控制方程进行离散, 不需要用到数值积分. 因此该算法有较简单的形式, 并且其在计算系数矩阵时具有极高的效率. 但作为一种强形式算法, 单元微分法往往需要较多网格或者更高阶单元才能达到满意的计算精度. 与此同时, 对于一些包含奇异点的模型, 如在多材料界面、间断边界条件、裂纹尖端等处, 传统单元微分法往往得不到较精确的计算结果. 为了克服这些缺点, 本文提出了将伽辽金有限元法与单元微分法相结合的强?弱耦合算法, 即整体模型采用单元微分法的同时, 在奇异点附近或某些关键部件采用有限元法. 该策略在保留单元微分法高效率与简洁形式等优点的同时, 确保了求解奇异问题的精度. 在处理大规模问题时, 针对关键部件采用有限元法, 其他部件采用单元微分法, 可以在得到较精确结果的同时, 极大提高整体计算效率. 在本文中, 给出了两个典型算例, 一个是具有切口的二维问题, 一个是复杂的三维发动机问题. 针对这两个问题, 分析了该耦合算法在求二维奇异问题和三维大规模问题时的精度与效率.      

改进型扩展比例边界有限元法

结合了扩展有限元法(extended finite elementmethods,XFEM)和比例边界有限元法(scaled boundary finite elementmethods,SBFEM)的主要优点,提出了一种改进型扩展比例边界有限元法(improvedextended scaled boundary finite elementmethods,$i$XSBFEM),为断裂问题模拟提供了一条新的途径.类似XFEM,采用两个正交的水平集函数表征材料内部裂纹面,并基于水平集函数判断单元切割类型;将被裂纹切割的单元作为SBFE的子域处理,采用SBFEM求解单元刚度矩阵,从而避免了XFEM中求解不连续单元刚度矩阵需要进一步进行单元子划分的缺陷;同时,借助XFEM的主要思想,将裂纹与单元边界交点的真实位移作为单元结点的附加自由度考虑,赋予了单元结点附加自由度明确的物理意义,可以直接根据位移求解结果得出裂纹与单元边界交点的位移;对于含有裂尖的单元,选取围绕裂尖单元一圈的若干层单元作为超级单元,并将此超级单元作为SBFE的一个子域求解刚度矩阵,超级单元内部的结点位移可通过SBFE的位移模式求解得到,应力强度因子可基于裂尖处的奇异位移(应力)直接获得,无需借助其他的数值方法.最后,通过若干数值算例验证了建议的$i$XSBFEM的有效性,相比于常规XFEM,$i$XSBFEM的基于位移范数的相对误差收敛性较好;采用$i$XSBFEM通过应力法和位移法直接计算得到的裂尖应力强度因子均与解析解吻合\较好.      

多边形有限元研究进展

有限元法是数值求解偏微分方程边值问题的重要方法, 采用 不规则多边形单元网格, 可以方便有效地模拟材料的力学性能, 又使得区域网格剖分变得灵 活方便. 特别是对于复杂的几何形状, 多边形单元网格具有更大的优势. 本文对国内外有关 多边形有限元法的最新进展作了初步的总结和评述, 主要以基于位移法的多边形有限元为主. 论述了多边形有限元的发展历史, 给出了多边形单元上的Wachspress插值、Laplace插值和 重心坐标的一些最新研究成果. 与经典有限元法形函数为多项式形式不同, 多边形单元的形 函数为有理函数或者无理函数形式. 多边形单元插值形函数满足线性完备性, 可以再现线性 位移场, 像经典有限元法一样直接施加本质边界条件; 插值函数在多边形的边界上是线性的, 确保不同单元间的自动协调. 不同单元的插值形函数表达公式形式统一, 方便混合单元网格 计算的程序编写. 提出了多边形有限元法今后需要研究的问题.     

基础板的一种迦辽金有限条元解法

有限条法的一个显著优点,它使单元刚阵降阶,总刚阵极为稀疏且正定,这样易于在小容量计算机上求解问题。对于不存在泛函或者建立泛函很困难的问题中,迦辽金有限元法是十分有效的。本文提出迦辽金有限条法分析基础板问题。我们先将基础板的基本方程通过积分变换表达成矩阵形式,再对板离散为有限条元,从而导出基础板的有限条元基本方程,通过算例表明,精度较满意。     

等截面梁有限变形的传递函数解法

本文应用传递函数方法对等截面梁的有限变形进行了分析,对于等截面梁的有限变形问题,该方法从变分方程出发把问题表述为状态空间的形式,然后利用Gauss积分对轴力进行加速迭代求解,不需要进行增量迭代即可取得具有良好计算精度的数值结果,对简单受力的等截面梁情况该解可以看作是所讨论问题的精确解。对于受力比较复杂或者阶梯变截面梁情况,为减少运算量,可以和有限元法类似,采用多个单元进行拼接,从而得到问题的解。数值算例表明,本方法具有半解析、精度高、收敛快等特点。     

非均匀介质有限元法

提出适合非均匀介质应力分析的有限元法．文中在有限单元内部采用等参变换方法模拟材料特性的变化，算例表明该法计算效率高，计算精度好．     

二维高亚音速Laval喷管流场的有限元计算

本文使用了八节点曲四边形等参元，通过变分有限元法，对二维高亚音速Ｌａｖａｌ喷管位势流场进行了计算，结果是满意的，并和一维结果进行了对比。文中还使用了有限元法特有的局部线化理论，取单元中心点密度去处理迭代过程中单元系数阵的计算，其结果与通常的有限元法计算相一致，但计算时间却大大减少了。     

薄板弯曲问题的P型杂交解析有限元方法

本文采用两套变量构造有限元试函数空间，在单元内部要求试函数精确满足平衡微分方程，在单元边界上对位移和转角分别用Ｐｅａｎｏ升阶函数插值，然后利用广义变分原理建立了一种薄板弯曲问题的Ｐ型杂交解析有限方法，与常规有限元法相比，该方法不心进行过细的网格剖分，通过增加单元插值多项式的阶数Ｐ来提高精度，此外，该方法还具有积分计算只需在单元边界上进行、单元钢度矩阵和载荷向量具有嵌入结构、协调程度可以自动控制等优     

边界拟合坐标系下的差分有限元破开算子法

在边界拟合坐标系下给出耦合了有限差分法和有限单元法的新型的破开算子法.利用该方法,Navier-Stokes方程被分解成对流方程和扩散方程,对流方程采用稳定性好的有限差分法求解,而扩散方程则采用有限单元法求解.由于计算是基于非均匀网格,采用边界加密的51×51网格就达到了前人在计算雷诺数为5000的方腔环流时采用的257×257均匀网格的效果,对于瑞利数Rt=107的竖腔自然对流的计算进一步表明,提出的方法是有效的.对于Re=105的高雷诺数方腔受驱环流,得到了非稳态、非周期的和带有随机特征的流场结构.     

基于随机场局部平均的随机有限元法

本文将结构所含多个相关随机参数模型化为向量随机场,通过随机场在各有限单元上的平均将场离散化,建立了局部平均的一、二阶统计量与原向量随机场的一、二阶统计量之间的关系,导出了用有限无法计算含多个相关随机参数的结构在随机静载荷作用下的位移与应力的一、二阶统计量的公式.数例结果表明,本文提出的随机有限元法较之现有的随机有限元法适用范围大.收敛快,精度高,并保持了对原随机场相关结构的不敏感性.     

基于位移插值的Voronoi单元有限元方法

Voronoi单元有限元法是模拟颗粒增强复合材料非常先进有效的数值方法之一.为了克服它在构造插值函数时的困难,本文通过有限覆盖技术,对Voronoi单元进行了改进,提出了基于位移插值的Voronoi单元有限元方法,该方法的优点是只要知道夹杂中心点位置和Voronoi单元节点坐标,经过三次数学覆盖,即可形成Voronoi单元的位移插值函数.该方法形函数构造简单,容易实施.最后给出了数值模拟算例,并与现有的方法进行了比较.     

二阶双曲型方程的精细时程积分法

对于二阶双曲型偏微分方程初边值问题，可以用有限差分法进行求解。通常的有限差分法在使用过程中受到精确度和稳定性的限制，本文提出求解二阶双曲型方程的精细时程积分法。由于这种方法是半解析方法，在时间域上可以精确计算，所以这种方法不仅精确度高，而且还绝对稳定。文末的数值算例进一步验证了上述结构，而且对大的时间步长（例如△t=0.5）仍然获得精度很高的数值结果。可见，精细时程积分法是一种很实用的方法。