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相似文献
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1.
拟协调元研究综述   总被引:1,自引:0,他引:1  
胡平  夏阳 《力学进展》2012,42(6):755-770
拟协调元是有限元中十分重要的、具有特色的一种列式体系. 拟协调元列式简单、灵活, 统一了协 调元、非协调元等列式方法. 在列式中, 拟协调元将几何方程和平衡方程同时弱化, 并强调基函数在有限元空 间中的重要作用; 借助对位移和应变离散精度的控制, 拟协调元保障了单元的收敛性, 并可以利用泰勒展开校 核进行简便直接的收敛性分析. 研究者们利用拟协调元已经构造了大量的优秀的单元, 并广泛地应用到结构问 题、流体流动问题、非线性分析、稳定性和破坏分析等方面. 这些工作集中体现了拟协调元的理论价值和工程 应用价值. 对拟协调列式方法、列式理论和已发表文献中的主要拟协调单元进行了总结. 最后对拟协调的研究 工作进行了展望.  相似文献   

2.
夏阳  胡平  唐立民 《力学学报》2012,44(5):839-850
利用拟协调元方法,在直角坐标系下直接构造了一族平面任意四边形单元,对其收敛性进行了分析,并与平面等参元进行了对比研究.结果证明平面任意四边形单元可采用多项式基函数直接列式,并可以保障单元的收敛性;拟协调元列式可以使平面问题的有限元方法得到统一.与平面等参元相比,单元列式简单,性能稳定,具有显式的刚度阵,计算量小,这说明对于有限元平面问题拟协调元是一个更正确、有效的做法.  相似文献   

3.
针对三维共振腔的电磁场分析,利用Maxwell方程的对偶方程体系形式,从其相应的对偶变量变分原理出发,导出了三维电磁场辛有限单元的详细列式。为了有限元列式的保辛,变分原理被积函数可导向对于对偶变量为对称的形式。变分原理的边界积分项对于相邻单元相互抵消。由于采用了对偶变量的插值函数,使得电磁场单元构造可以在层面上进行,从而避免了所谓的连续性问题。无物理意义的零本征解可采用奇异值分解加以排除。文末分别对矩形及圆柱形的共振腔做了数值计算并与解析解和棱边元计算结果进行对比,算例表明了列式及算法的有效性。  相似文献   

4.
本文论述了修正的 Hu-Washizu广义变分原理和拟协调列式对板的有限元分析,以及修正 Hu-Washizu广义变分原理与拟协调列式的关系,并以此方法构造一个Mindlin类型板单元。数值结果表明,似乎此法更适合Mindlin类型厚-簿通用板弯曲单元的构造。  相似文献   

5.
建立了一种非匀质材料新的、扩展的Hellinger-Reissner原理,发展了当一个单元域划分为不同材料特性子域、其元内应力场沿子域表面不连续、且位移场在子域表面也急剧变化时,一个非匀质有限元刚度列式便利方法.这种列式亦可用于对每层横向剪应变均独立处置的厚层板.基于此变分原理建立了新的具有一个无外力圆柱表面的层合杂交应力元,单元各层独立假定的应力场通过以自然坐标表示的非协调位移为权函数使齐次平衡方程变分满足的理性方法及严格满足给定圆柱面上无外力条件得到,位移场在元间及层间连续条件则分别通过Lagrange乘子进行了松弛.数值算例表明:这类新型元可有效地分析具有多类圆柱形槽孔的厚、中厚及薄层板自由孔边应力分布.  相似文献   

6.
给出了非线性拟协调有限元列式方法,将非线性拟协调有限元与基于Hellinger-Reissner变分原理的杂交/混合有限元进行了比较。  相似文献   

7.
讨论了增量Hu-Washizu变分原理,给出了基于Hu-Washizu变分原理的非线性杂交/混合有限元列式,将非线性拟协调有限元与基于Hu-Washizu变分原理的非线性杂交/混合有限元进行了比较。  相似文献   

8.
给出了非线性拟协调有限元列式方法,将非线性拟协调有限元与基于Hellinger-Reissner变分原理的杂交/混合有限元进行了比较。  相似文献   

9.
时-空混和元与多辛   总被引:1,自引:0,他引:1  
指出所谓多辛相当于时间-空间混和坐标内的分别离散的规则网格;而时-空混和元则不用对时间、空间分别离散,而是组成混和的时空混和有限元网格,更加灵活些。  相似文献   

10.
广义杂交元   总被引:3,自引:0,他引:3  
在有限元分析中,变分原理已成为建立各种有限元模型的依据,本文从放松连续性条件的胡海昌一鹫津广义变分原理出发建立了一类广义杂交元。现有的应力杂交模型,位移杂交模型,广义杂交应力模型,都可以看成是广义杂交模型的特殊形式。 本文还讨论了其他可能类型的新的杂交模型,以及这些单元的场变量选择原则,收敛要求及秩的条件。 除了对各类杂交元进行统一的理论分析外,还对各单元列式做了比较,指明其便于实际应用的形式。  相似文献   

11.
分析力学初值问题的一种变分原理形式   总被引:1,自引:1,他引:0  
梁立孚  罗恩  冯晓九 《力学学报》2007,39(1):106-111
明确了分析力学初值问题的控制方程,按照广义力和广义位移之间的对应关系,将 各控制方程卷乘上相应的虚量,代数相加,进而在 原空间中建立了分析力学初值问题的一种变分原理形式,即建立了分析力学初值问题的卷积 型变分原理和卷积型广义变分原理. 推导了分析力学初值问题卷积型变分原理和卷积型广义 变分原理的驻值条件. 在建立分析力学初值问题的一种变分原理形式的同时, 将变积方法推广为卷变积方法.  相似文献   

12.
推导了矩形单元的二维固体力学有限体积法公式,与解析解及有限元解进行了比较,讨论了有限体积法在非线性问题中的应用  相似文献   

13.
Based on the Hamiltonian governing equations of plane elasticity for sectorial domain, the variable separation and eigenfunction expansion techniques were employed to develop a novel analytical finite element for the fictitious crack model in fracture mechanics of concrete. The new analytical element can be implemented into FEM program systems to solve fictitious crack propagation problems for concrete cracked plates with arbitrary shapes and loads. Numerical results indicate that the method is more efficient and accurate than ordinary finite element method.  相似文献   

14.
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。  相似文献   

15.
混凝土双K断裂参数计算的半解析有限元法   总被引:2,自引:0,他引:2  
王承强  郑长良 《力学学报》2004,36(4):414-418
混凝土裂缝扩展的双$K$断裂准则,用于描述混凝土结构裂缝的起裂、稳定扩 展和失稳断裂. 其相应的双$K$断裂参数(起裂断裂韧度$K_{\rm IC}^{\rm ini} $和失 稳断裂韧度$K_{\rm IC}^{\rm un}$)一般通过简便的试验和基于虚拟裂缝扩展粘 聚力的解析方法确定. 利用平面扇形域哈 密顿体系的方程,通过分离变量法及共轭辛本征函数向量展开法,以解析的方法推导出基于混 凝土虚拟裂缝扩展线性粘聚力模型的平面裂缝解析元列式. 将该解析元与有限元相结合,构成 半解析的有限元法,可求解任意结构几何形状的混凝土平面裂缝双$K$断裂参数的计算问题. 数值计算结果表明半解析有限元法对该类问题的求解是十分有效的.  相似文献   

16.
超细长弹性杆的分析力学问题   总被引:5,自引:0,他引:5  
薛纭  刘延柱  陈立群 《力学学报》2005,37(4):485-493
超细长弹性杆作为DNA等生物大分子链的力学模型,其平衡和稳定性问题已成为力学与分子生物学交叉的研究热点.虽然在Kirchhoff动力学比拟的基础上,用分析力学方法讨论弹性杆的文章已见诸文献,但尚未形成弹性杆分析力学的严格理论.本文研究了超细长弹性杆分析力学的若干基础性问题.对杆截面的自由度、虚位移、约束方程及约束力等基本概念给出严格的定义和表达式.建立弹性杆平衡的D’Alembert-Lagrange原理、Jourdain原理和Gauss原理;从D’Alembert-Lagrange原理导出Hamilton原理.从变分原理出发导出Lagrange方程、Nielsen方程、Appell方程和Hamilton正则方程;对于受约束的弹性杆,导出了带乘子的Lagrange方程.讨论了Lagrange方程的首次积分.对于杆中心线存在尖点的情形,导出了微段杆平衡的近似方程。  相似文献   

17.
Based on previous studies, a new spatial curved slender-beam finite element and a new cylindrical shell finite element are proposed in the frame of gradient-deficient Absolute Nodal Coordinate Formulation (ANCF). The strain energy of the beam element is derived by using the definition of the Green?CLagrange strain tensor in continuum mechanics so that the assumption on small strain can be relaxed. By using the differential geometry and the continuum mechanics, the angle between two base vectors of a defined local coordinate frame of the cylindrical shell element is introduced into the strain energy formulations. Therefore, the new shell element can be used to model parallelogram shells. The analytical formulations of elastic forces and their Jacobian for the above two finite elements of gradient-deficient ANCF are also derived via the skills of tensor analysis. The generalized-alpha method is used to solve the huge set of system equations. Finally, four case studies including both static and dynamic problems are given to validate the proposed beam and cylindrical shell elements of gradient-deficient ANCF.  相似文献   

18.
A tool for studying links between continuum plasticity and dislocation theory within a field framework is presented. A finite element implementation of the geometrically linear version of a recently proposed theory of field dislocation mechanics (J. Mech. Phys. Solids 49 (2001) 761; Proc. Roy. Soc. 459 (2003) 1343; J. Mech. Phys. Solids 52 (2004) 301) represents the main idea behind the tool. The constitutive ingredients of the theory under consideration are simply elasticity and a specification of dislocation velocity and nucleation. The set of equations to be approximated are non-standard in the context of solid mechanics applications. It comprises the standard second-order equilibrium equations, a first-order div-curl system for the elastic incompatibility, and a first-order, wave-propagative system for the evolution of dislocation density. The latter two sets of equations require special treatment as the standard Galerkin method is not adequate, and are solved utilizing a least-squares finite element strategy. The implementation is validated against analytical results of the classical elastic theory of dislocations and analytical results of the theory itself. Elastic stress fields of dislocation distributions in generally anisotropic media of finite extent, deviation from elastic response, yield-drop, and back-stress are shown to be natural consequences of the model. The development of inhomogeneity, from homogeneous initial conditions and boundary conditions corresponding to homogeneous deformation in conventional plasticity, is also demonstrated. To our knowledge, this work represents the first computational implementation of a theory of dislocation mechanics where no analytical results, singular solutions in particular, are required to formulate the implementation. In particular, a part of the work is the first finite element implementation of Kröner's linear elastic theory of continuously distributed dislocations in its full generality.  相似文献   

19.
王鹏  唐博  吉进元  冯定 《力学季刊》2022,43(3):670-680
底部钻具组合(Bottom Hole Assembly, BHA)的力学计算是进行旋转导向系统钻具组合设计和井眼轨迹控制的基础.本文在纵横弯曲法、加权余量法和有限元法的基础上,提出了一种基于管柱单元组合的BHA力学求解方法.该方法以保持微分方程特解相同的条件作为管柱单元划分依据,对底部钻具组合进行单元划分;将管柱单元的挠曲线通解替代传统加权余量法的试函数,结合单元节点类型和组合关系,构建出包含边界条件和通解系数的线性方程组.对于边界条件未知问题,以支点反力符号条件为约束条件,以挠曲线越界程度、切点处弯矩平衡条件为目标函数,建立了以边界条件未知量为变量的多目标优化数学模型.应用多目标优化算法求解出边界变量,进而得出通解系数;最后,得出管柱单元内各点位移和载荷.以推靠式旋转导向系统BHA力学计算为案例,对比本文方法与加权余量法的计算结果,发现两者计算结果相差较小,表明本文方法可用于旋转导向系统底部钻具组合的力学计算.  相似文献   

20.
Analytical and computational methods are developed for contact mechanics analysis of functionally graded materials (FGMs) that possess elastic gradation in the lateral direction. In the analytical formulation, the problem of a laterally graded half-plane in sliding frictional contact with a rigid punch of an arbitrary profile is considered. The governing partial differential equations and the boundary conditions of the problem are satisfied through the use of Fourier transformation. The problem is then reduced to a singular integral equation of the second kind which is solved numerically by using an expansion–collocation technique. Computational studies of the sliding contact problems of laterally graded materials are conducted by means of the finite element method. In the finite element analyses, the laterally graded half-plane is discretized by quadratic finite elements for which the material parameters are specified at the centroids. Flat and triangular punch profiles are considered in the parametric analyses. The comparisons of the results generated by the analytical technique to those computed by the finite element method demonstrate the high level of accuracy attained by both methods. The presented numerical results illustrate the influences of the lateral nonhomogeneity and the coefficient of friction on the contact stresses.  相似文献   

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