一种改进的边界元法在弹性扭转问题中的应用

本文用一种改进的边界元法分析与计算了椭圆截面等直杆的扭转问题,并与正规的边界元法的解进行比较,其结果完全一致.然而,改进边界元法较正规边界元法需要准备的数据大大减少,计算时间更加缩短.因此,本文方法对求解 Poisson 方程问题是一种经济而行之有效的数值计算方法.     

残余应力下厚壁筒表面裂纹的应力强度因子计算

本文首先介绍了边界元法计算裂纹尖端应力强度因子的基本理论,接着利用边界元法计算了在残余应力下不同厚壁筒内表面椭圆裂纹的应力强度因子,研究了其大不随椭圆裂纹不同而变化的规律,为厚壁筒结构的设计,制造以及疲劳寿命分析提供了许多有价值的参考资料。     

基于Uzawa算法的弹塑性扭转问题的局部微分求积法

研究了由椭圆变分不等式描述的弹塑性扭转问题,构造了基于Uzawa算法的局部微分求积法,给出了数值算例,通过与有限元方法的比较,说明了方法的有效性。     

集中载荷作用下梯度复合材料梁的小波-微分求积法分析

将梯度复合材料梁作为平面应力问题处理,采用小波和微分求积混合法,对集中荷载作用下结构的响应进行了分析.考虑材料特性参数沿高度方向呈梯度分布,在该方向上采用广义微分求积法进行离散;鉴于广义微分求积法求解集中荷载问题精度不高的缺点,在梁的长度方向上引入对突变信号敏感的小波插值函数.数值计算表明,小波-微分求积混合法不仅保留了广义微分求积法高效的优点,而且能够很好地模拟结构局部化特征.     

线载荷作用下圆柱壳环向弯曲变形的研究

通过引入单三角级数形式的位移函数, 求解了法向任意分布载荷作用下对 边简支时圆柱壳的环向弯曲问题, 把线载荷近似为微元矩形区的分布载荷, 推导出了线 载荷作用下圆柱壳的环向弯曲变形计算式, 并给出了线载荷为均布和线性变化时的具体解. 计算表明, 该种边界约束条件下圆柱壳的环向弯曲变形位移分布场的理论计算结果与有限元 分析结果基本吻合.     

纯弯曲下薄壁圆柱壳屈曲的非线性分析

为解决薄壁圆柱壳在纯弯曲下由于横截面的椭圆化而引起的屈曲几何非线性问题. 基本假设是改良的Brazier 简单理论,把圆柱壳的纯弯曲变形简化成一个两阶段的过程,分别求得纵向弯曲变形应变能和横截面变形应变能,然后利用最小势能原理求出作用力矩与杆端旋转角度的关系,最后分析可知:壳体长度参数越小,对应的圆柱壳壁越薄,非线性的影响越大;剪力大小参数越小,边界条件对椭圆化变形影响越小,非线性的影响越大.     

用复变量表示的环壳几何非线性方程及其摄动解

本文从小应变,中小转动问题的弹性薄壳一般方程出发,导出用复未知函数表示的非线性的环壳轴对称变形的基本方程,并用摄动方法分別求解了整环壳和开口环壳问题.所得到的结果与其他作者用数值方法得到的结果吻合很好。     

细环壳钱伟长方程的精确解

1979年钱伟长对细环壳进行了非常系统的研究,推导出一个细环壳复变量方程,并给出了一个用连分式表达的级数精确解,但没有提及这个级数解是否可以化成为已知的特殊函数.本文利用一个线性变换,把细环壳的钱伟长方程变换成Mathieu方程,用Mathieu函数表示了问题的解,这样就把钱伟长的连分式解与Mathieu函数联系了起来.由于Mathieu函数是已知的特殊函数,这里的工作可为今后有关的细环壳具体计算带来方便.     

带频率约束的浸水圆柱壳结构优化设计

与干结构相比，流固耦合系统属于非经典问题，其动态设计要复杂得多。本文基于流固耦合分析，主要探讨了浸水圆柱壳在频率，重量等约束条件下的优化设计问题。针对圆柱壳的结构特点，对壳体，流场分别采用有限条，边界元法进行分析以减小计算量。充分利用系统的灵敏数度信息，采用多目标优化方法对浸水圆柱壳进行了优化设计。通过具体算例证明了本文方法的可行性。     

展向喷嘴湍流横向射流大涡模拟及其统计分析

采用大涡模拟方法数值模拟了展向椭圆喷嘴的湍流横向射流,对其大尺度结构的时空演化和湍流脉动速度场的时间序列分析、频谱分析、PDF分析以及时、空截面上的统计平均特性进行分析.结果表明,在射流出口附近的下游核心区中速度脉动剧烈,显现出明显的湍流特征.除了三维涡环脱落、扭曲、变形、摆动所对应频率之外,还存在很宽的湍流基频,它与在喷嘴出口附近产生的三维涡环的时空演化过程密切相关.由于展向椭圆喷嘴的湍流横向射流中的三维涡环快速脱落和强相互作用导致射流尾迹中的强湍流脉动,展向椭圆喷嘴湍流横向射流的PDF空间演化特征结构复杂.在射流核心区的湍流偏应力变化平缓,其统计平均值分布接近左右对称.展向椭圆喷嘴的湍流横向射流脉动速度场具有极为复杂的统计行为,与流向椭圆喷嘴相比具有更好的掺混能力.     

SEMI-ANALYTICAL SOLUTION FOR TWO KINDS OF DELAMINATION MODELS OF LAMINATED CYLINDRICAL SHELLS

为了研究层合壳脱层,本文首先建立了柱坐标系下Hamilton 正则方程的8 节点等参元列式;然后分别采用了"先分后合" 模型和"弱粘接" 模型对开口壳的脱层损伤进行了模拟;通过利用层间的力学关系建立了整个壳的求解方程;最后分别从粘接完好和脱层两类情况对开口壳进行研究,并计算脱层前缘裂纹扩展的能量释放率. 数值实例的分析结果表明环向脱层受外载荷影响大于轴向脱层外载荷影响,脱层深度对两类脱层模型影响较大.     

NUMERICAL ANALYSIS OF MINDLIN SHELL BY MESHLESS LOCAL PETROV-GALERKIN METHOD

The objectives of this study are to employ the meshless local Petrov-Galerkin method （MLPGM） to solve three-dimensional shell problems. The computational accuracy of MLPGM for shell problems is affected by many factors, including the dimension of compact support domain, the dimension of quadrture domain, the number of integral cells and the number of Gauss points. These factors＇ sensitivity analysis is to adopt the Taguchi experimental design technology and point out the dimension of the quadrature domain with the largest influence on the computational accuracy of the present MLPGM for shells and give out the optimum combination of these factors. A few examples are given to verify the reliability and good convergence of MLPGM for shell problems compared to the theoretical or the finite element results.     

轴对称薄圆环壳方程级数解收敛性的研究

本文研究轴对称薄圆环壳齐次方程级数解的收敛性,证明了每种环壳都有在全域上收敛的级数解。     

复合材料旋转壳自由振动分析的新方法

提出了一种半解析区域分解法来分析任意边界条件的复合材料层合旋转壳自由振动. 沿壳体旋转轴线将壳体分解为一些自由的层合壳段, 视位移边界界面为一种特殊的分区界面;采用分区广义变分和最小二乘加权残值法将壳体所有分区界面上的位移协调方程引入到壳体的能量泛函中, 使层合壳的振动分析问题归结为无约束泛函变分问题. 层合壳段位移变量采用Fourier 级数和Chebyshev 多项式展开. 以不同边界条件的层合圆柱壳、圆锥壳及球壳为例, 采用区域分解法分析了其自由振动, 并将计算结果与其他文献值进行了对比. 算例表明, 该方法具有高效率、高精度和收敛性好等优点.     

A NEW SEMI-ANALYTIC ALGORITHM OF NEARLY SINGULAR INTEGRALS IN HIGH ORDER BOUNDARY ELEMENT ANALYSIS OF 3D POTENTIAL

分析了三维边界元法高阶曲面单元几何特征,定义接近度来表征源点与积分单元的接近程度.利用源点在积分单元上的垂足点建立局部极坐标系,构造与几乎奇异积分核函数具有相同奇异性的近似函数.从奇异积分核函数中扣除其近似函数,分离出积分核中主导的奇异函数部分,将奇异积分分解为规则核函数和奇异核函数两项积分.规则核函数积分应用常规Gauss数值积分计算,奇异核函数积分在局部极坐标系ρθ下分离积分变量ρ和θ,对ρ积分建立解析计算列式,对θ积分应用常规Gauss数值积分计算,从而对三维位势问题高阶边界单元几乎强奇异和几乎超奇异积分建立一种新的半解析算法.给出了若干温度场算例,采用边界元法高阶单元几乎奇异积分半解析法计算了近边界内点位势和位势梯度,并与线性单元正则化算法计算结果对比,结果证明提出的半解析法计算几乎奇异面积分和薄壁结构更加高效.     

Nonlinear deformation and stability of noncircular cylindrical shells under internal pressure and axial compression

Stability analysis of noncircular shells is performed with allowance for nonlinear subcritical deformation. Explicit expressions for the rigid displacements of elements of noncircular cylindrical shells are obtained and used to construct shape functions of an effective quadrilateral finite element of natural curvature. A finiteelement algorithm for solving problems of nonlinear deformation and stability of shells is developed. Stability problem of an elliptic cylindrical shell is considered. The effect of the ellipticity and subcritical nonlinear deformation of the shell on the critical load is studied. Results obtained are compared with available experimental data.     

带有沙漏控制的相对自由度壳元非线性动力分析

针对八节点相对自由度壳单元，给出了单元内坐标和位移的插值公式，利用HuWashinzu变分原理，基于拟应变法，在大变形情况下推导了拟应变的表达式，构造了带有沙漏控制的动力问题的有限元求解格式。通过算例表明该文提出的基于相对自由度壳元的沙漏控制算法能够很好地解决非线性动力问题，可改善计算精度和计算效率。     

Three-dimensional free vibration analysis of rotating laminated conical shells: layerwise differential quadrature (LW-DQ) method

This paper focuses on the free vibration analysis of thick, rotating laminated composite conical shells with different boundary conditions based on the three-dimensional theory, using the layerwise differential quadrature method (LW-DQM). The equations of motion are derived applying the Hamilton’s principle. In order to accurately account for the thickness effects, the layerwise theory is used to discretize the equations of motion and the related boundary conditions through the thickness of the shells. Then, the equations of motion as well as the boundary condition equations are transformed into a set of algebraic equation applying the DQM in the meridional direction. This study demonstrates the applicability, accuracy, stability and the fast rate of convergence of the present method, for free vibration analyses of rotating thick laminated conical shells. The presented results are compared with those of other shell theories obtained using conventional methods and a special case where the angle of the conical shell approaches zero, that is, a cylindrical shell and excellent agreements are achieved.     

用初参数法解C型波纹管在子午面内整体弯曲

波纹管是一种呈波纹状的管形薄壁结构,作为弹性敏感元件、密封元件和位移补偿器,在现代工业、国防和民用设备中的应用日益广泛.波纹管的计算,特别是在非轴对称受力和变形方面亟待完善.本文讨论了C型波纹管在子午面内整体弯曲的应力分布和端面角位移.从柔性圆环壳在子午面内整体弯曲的复变量方程出发,化边值问题为初值问题,用S.Gill法,得到了该波纹管的数值解,适用于0＜α＜1的范围.通过3个例子,将本文的数值解和已有的细环壳一般解(解析解)作了比较.结果表明,两者基本一致,并且,当环壳较细(α较小)时,两种计算结果更为接近.     

An approximation to red blood cells with a model of three-center-combined shells

Red blood cells present a biconcave shape and bear an inner pressure (osmotic pressure) when they are in the static state. In this paper, a model of “three-center-combined shells”, which consists of two spherical shells and a toroidal shell, is employed to describe the geometric shape of red blood cells. Surface area and volume of the combined shells model are very close to those measured from experiment. The stress distribution in the cell membrane is formulized as a closed form according to the Novozhilov's theory of the three-center-combined shells. Calculating results in terms of Novozhilov's formula give a good agreement with the numerical results given by ABAQUS when using actual measurements. It is concluded that the combined shells model can well approximate to the biconcave structure of red blood cells. In addition, stress calculation shows that the membrane of biconcave red blood cells can carry bending moments, and the moments reach a maximum value in the vicinity of joint line of the spherical shell and the toroidal shell in the combined shells model.