动力弹塑性分析的无网格自然单元法

基于无网格自然单元法,提出了结构动力弹塑性响应分析的一条新途径.自然单元法是一种新兴的无网格数值计算方法,其实质是基于自然邻近插值的伽辽金法.自然单元法在本质边界条件的施加上较采用移动最小二乘法的无网格法具有明显的优势.在空间域上采用自然单元法离散,并运用加权余量法推导了动力弹塑性分析的离散控制方程.然后,采用预校正形...     

无网格法及其最新进展

无网格法具有许多独特的优点, 因此有人认为无网格法将成为继有限元法之后新一代的数值方法. 到目前为止, 已提出了不下十几种无网格法, 这些无网格法各有不同的优缺点. 本文评述几种主要无网格法(着重应用于固体力学中的基于弱式的无网格法), 将它们适当地分类, 论述典型的无网格形状函数的构造方法, 介绍无网格法的发展现状, 评价已提出无网格法的优缺点, 并比较典型无网格法的相同和不同点, 以及讨论无网格法发展所面临的问题等. 最后就无网格法的发展趋势进行了展望.     

伽辽金型无网格法的数值积分方法

无网格法直接通过节点信息构造形函数,不依赖于节点之间的有序单元连接,能够建立任意高阶连续的整体协调形函数.与传统的有限元法相比,无网格法对大变形问题、移动边界问题和高阶问题的求解有比较明显的优势.伽辽金型无网格法是目前应用最为广泛的一类无网格法.虽然无网格形函数本身不依赖于单元,但伽辽金型无网格法需要采取合适的方法进行弱形式的数值积分.由于无网格形函数一般不是多项式,具有非插值性且影响域与背景积分网格通常不重合,伽辽金型无网格法通常需要采用高阶的高斯积分进行数值积分,导致了计算效率低下,难于求解大型实际问题.因此,如何通过建立高效积分方法提高无网格法的计算效率成为无网格法研究领域的一个核心问题.论文总结了伽辽金型无网格法中若干常用的数值积分方法,并对伽辽金型无网格法的数值积分方法领域存在的一些问题进行了探讨.     

自适应无网格热弹塑性接触模型研究

提出一种自适应无网格热弹塑性接触求解模型,求解接触问题的线性规划-增量初应力法与基于应变能梯度的自适应无网格法相结合,给出了模型计算理论和算法实现.通过圆柱体与弹塑性平面热弹塑性接触算例对模型进行验证.对是否考虑材料应变硬化,是否考虑摩擦力和热输入,是否考虑材料屈服强度温度相关等情况的两种算例进行了讨论.结果表明,该模型能有效地求解考虑不同情况下的热弹塑性接触问题,在较真实地模拟接触状况的同时,具有较高的计算精度和计算效率.     

配点型无网格法理论和研究进展

有限元法是当前工程科学领域应用最广泛的数值计算方法之一,但是其在求解极端大变形、高速碰撞等一些复杂问题时,容易出现网格畸变和网格敏感性,从而导致计算结果精度低和不收敛的问题．为了避免网格带来的问题,出现并兴起了各种无网格法．无网格法不仅建模简便,而且收敛速度更快、计算精度更高,可用于求解有限元等网格类方法难以求解乃至尚未触及的问题．本文首先阐述了无网格法的分类以及具有代表性的方法．目前限制无网格法发展的主要问题是效率偏低．伽辽金型无网格法效率较低,而配点型无网格法效率较高,在复杂问题的高效高精度数值模拟中具有更大潜力．因此本文详细介绍了配点型无网格法的起源和研究进展,归纳了其常用的近似函数和离散方法,最后对无网格法的发展做出了总结和展望．无网格法的研究和改进,为复杂问题的高效高精度数值模拟开辟了新的途径．     

配点型广义节点无网格法的基本原理及其应用

借鉴流形方法思想,引入广义节点的概念,对传统的无网格法进行了改进,建立了可具有任意高阶多项式插值函数的广义节点无网格方法。同时采用径向插值函数构造具有插值特性的逼近函数;采用配点法建立系统的离散方程。在阐述了这种方法基本原理的同时,针对线弹性力学问题给出了这种方法的数值计算列式。与传统无网格方法相比,这种方法更具有一般性;同时由于采用了配点法而不需要背景积分网格,所以可以认为这种方法是某种真正意义上的无网格法。当选取0阶广义节点位移插值函数时便可得到传统的无网格法;在不增加支持域内节点数目的条件下,通过选取高阶广义节点位移插值函数可以提高计算精度。最后通过算例分析,对0阶、1阶及2阶广义节点无网格法与现有的有关解答进行了对比,论证了其合理性。     

线性强化材料弹塑性分析的自然单元法

自然单元法(NEM)是一种求解偏微分方程的无网格数值方法,其形函数兼具无网格法的特点和传统有限元法的优点.本文基于塑性增量理论,将自然单元法应用于弹塑性问题的分析计算中.为实现近似函数在非凸边界上的线性变化,采用约束的自然单元法(C-NEM)进行形函数计算.给出了增量切线刚度法求解非线性控制方程的相关公式,并对加载状态的确定和过渡状态下比例因子的计算方法等问题进行了深入的研究.编制了Von-Mises屈服准则下线性强化材料模型的二维弹塑性分析计算程序.算例分析表明,用自然单元法分析弹塑性力学问题是可行的,具有前处理过程简单、可以方便地准确施加本质边界条件等优点.     

基于Kriging插值无网格法求解轴对称弹性力学问题

基于Kriging插值无网格法,提出了实际应用中复杂轴对称弹性力学问题求解的一条新途径.Kriging插值无网格法是一种新型的无网格法,该方法构造的形函数满足Kronecker delta函数性质,可以直接施加本质边界条件.采用Kriging插值无网格法分析轴对称问题,得到了轴对称问题的无网格离散方程,并编制了相应的计算程序.通过厚壁圆筒的静力学和动力学分析,对所提方法进行了检验.数值算例结果表明,提出的方法对求解轴对称弹性力学问题是行之有效的.     

裂纹问题的一致性高阶无网格法

一致性高阶无网格法能高效精确地求解连续体问题,尤其是能得到高精度的应力场。本文将该方法拓展到应力解析精度至关重要的裂纹问题(即非连续体问题)的数值分析。采用背景积分网格描述裂纹几何,基于无需增加节点额外自由度的虚拟节点法描述裂纹处位移场的间断,提出了虚拟节点的引入算法和断裂单元的数值积分方法。为进一步模拟裂纹扩展,采用相互作用积分方法计算应力强度因子,裂纹的扩展方向由最大周向应力准则确定。数值结果表明,本文发展方法能够精确地通过间断分片试验;相较于标准的高阶无网格法和低阶一致性无网格法,本文的一致性高阶无网格法显著改善了应力强度因子的计算精度,能够准确预测裂纹扩展路径。     

利用无网格法进行几何非线性热固耦合柔性机构拓扑优化设计

将无网格伽辽金法引入到拓扑优化中,利用其进行了几何非线性热固耦合柔性机构的优化设计研究.利用无网格法离散和求解了热固耦合场的控制方程.基于SIMP模型和无网格法,建立了柔性机构的优化模型,利用MMA方法求解.研究了基于无网格法的伴随敏度分析方法,并提出了解决拓扑结构出现不连续散乱点同题的敏度过滤方法.求解经典算例,表明本文方法的正确性和有效性.     

一般加载规律的弹塑性本构关系

将有关文献给出一般加载规律一维全量理论的简单模型推广到一般加载规律的一维增量理论,进而推广到一般加载规律的多维增量理论,在此基础上,建立了推导一般加载规律的多维增量理论的本构关系的一种途径。应用这种途径,从应力空间的加载函数和应变空间的加载函数出发,推导了等向强化材料和被加热的等向强化材料的一般加载规律的弹塑性本构关系的两种表示形式。理论和实例均表明,这种途径对等向强化材料、随动强化材料和理想弹塑性材料均适用。     

径向惯性对薄壁圆管中弹塑性复合应力波传播的影响

弹塑性压扭复合应力波在薄壁管中的传播特性,已得到较为深入的研究,但为得到简单波解,大部分研究忽略了薄壁圆管中与径向惯性有关的周向应力σθ的影响。该文采用便于动态数值方法应用的增量型弹塑性本构关系,应用有限差分数值方法,计算了考虑径向惯性效应的弹塑性薄壁管中复合应力波的演化规律和传播特性,并与无径向惯性效应的计算结果作了对比,结果表明薄壁管中的径向惯性效应对弹塑性复合应力的传播有较大的影响。     

弹塑性结构优化的并行算法

本文给出了弹塑性结构优化设计的序列二次规划算法，分别考虑了弹塑性结构分析，灵敏度分析和二次规划的Ｌｅｍｋｅ算法的并行计算。针对弹塑性结构灵敏度的不连续性，比较了连续模型和间断模型的计算结果，结果是接近的。算例表明此算法有很好的并行性。     

结构钢损伤本构关系的研究

回顾了结构钢损伤模型的发展史,提出了一种新的本构模型－结构钢弹塑性各向异性损伤本构模型,该模型采用混合强化准则,考虑Bauschinger效应,屈服平台、硬化（软化）效应及损伤和损伤演化影响。算例分析结果表明本文模型能够客观地反映结构钢在循环荷载作用下的工作性能、适用于进行钢结构及构件在循环荷载作用下弹塑性反应分析。     

拉－扭复合加载下不锈钢的弹塑性本构关系——Ⅱ．理论

提出应力是塑性应变空间内蕴几何学参数的泛函．一般情况下，塑性应变空间是非欧几何空间，而其度量张量是塑性应变和其历史的函数，但在初始各向同性和不可压的情况下可取成欧氏空间．本文在Ｉｌｙｕｓｈｉｎ理论，和Ｖａｌａｎｉｓ理论的基础上，提出在拉－扭复合加载下的εｐ１－εｐ３空间中新的积分型弹塑性本构关系，所建理论预测的结果和实验［１］相当一致，表明理论是合理的     

椭球壳体液压成形的塑性变形规律的研究

采用大变形弹塑性有限元法对椭球壳体的液压成形过程进行了模拟，结果表明壳体成形时，各点塑性变形不是同时发生的，并对壳体塑性变形的扩展过程和点的加载轨迹进行了研究，证明了壳体在胀形时焊缝区受到弯曲作用的影响，同时还成形后的椭球壳体的壁厚分布及壳体尺寸进行了预测。     

采用共旋应变的三维热弹塑性有限变形有限元法

本文采用线性化共旋应变张量和增率型虚功原理，建立了有限变形热力耦合弹塑性有限元法。在该方法中，材料的流动应力取为应变总量、应变速率和温度的函数，推导了包含这种函数关系的本构矩阵。另外在温度场分析中，考虑了塑性功和摩擦功转化的热量。文后给出的算例表明该方法可以很好地模拟热加工过程。     

带平板封头的双层爆炸容器动力响应的实验研究

对采用平封头的圆柱形双层爆炸容器在内部装药爆炸所产生的载荷作用下的动力响应进行了实验研究。研究了容器内部抽真空和内层容器结构形式等因素对爆炸容器弹塑性响应的影响,探讨了平封头应用的可行性。     

岩土弹塑性有限元分析的隐式积分弹性刚度法

本文提出了用于岩土弹塑性有限元分析的隐式积分弹性刚度算法。该算法既具有隐式积分法精度好、效率高、无条件稳定等优点，也具有弹性刚度法中刚度矩阵正定、对称的特点，更重要的是它避免了传统切线刚度法在处理岩土非相关联塑性流动和屈服面“角点”所遇到的非对称性和奇异性计算问题。通过算例分析了该算法的精度、效率     

平面刚架弹塑性大位移分析的多刚体离散元法

本文基于多刚体－弹簧系统模型，给出了求解平面刚架结构弹塑性、大位移极限承载力分析的多刚体离散元法。文中首先推导了多刚体离散元法在总体坐标下的切线刚度阵，建立多刚体离散元法的增量平衡方程；而后推导了多刚体离散元的弹塑性弹簧系数矩阵，建立了多刚体离散元内力屈服面塑性铰法的增量求解格式，成功地进行了平面钢框架的弹塑性、大位移极限承载力分析。计算结果与其他数值方法或实验结果吻合良好，显示了多刚体离散元方法进行结构极限承载力分析这一复杂问题的优越性