非线性结构分析中三维过渡等参单元及其应力平滑方法

给出了三维四、六、八节点过渡等参元的单元模型，推导了相应的应力平滑公式，编制了计算程序，并通过弹塑性问题和接触问题例题考核，结果良好。     

非线性结构分析中三维过渡等参单元及其应力平滑方法

给出了三维四、六、八节点过渡等参元的模型，推导出了相应的应力平滑公式，编制了计算程序，并通过弹塑性问题和接触问题例题考核，结果良好。     

八节点等参边界元在复杂结构细部“未开裂应力”计算中的应用

本文研究八节点等参边界元在海洋工程结构强度分析中的应用,着重进行复杂结构细部断裂分析或疲劳寿命估算时“未开裂应力”的计算。文章通过厚壁圆筒和十字型管状节头计算某些“未开裂”处的应力分布,作为裂纹体模型的“未开裂应力”,研究表明:采用八节点等参边界元,即使划分很少的单元和选用很少的节点其计算结果的精度还是令人满意的,本文还讨论了有效的奇异积分的数值处理方法。     

有限单元节点位移约束与释放

1.引言 在用有限单元法解某些弹性力学问题时,常常需要对域内节点之间的相对位移施加约束条件。例如二维八节点四边形等参元广泛用于断裂力学问题,用坍塌(Collapsed)三角形四分之一节点奇异元计算裂纹应力强度因子。但是,应该指出,这个单元的奇异性依赖于坍     

基于Cosserat理论的小孔应力集中问题的有限元分析

近来由于细观力学的发展和对材料尺度效应的研究使得Cosserat理论受到了关注.本文给出了基于Cosserat理论的有限元八节点等参元格式,数值计算了单向均匀拉伸小孔应力集中问题,研究了Cosserat理论中有关参数对应力集中因子和尺度效应的影响.计算结果与理论解十分吻合.这表明,基于Cosserat理论的平面八节点等参元适用于求解基于Cosserat理论的平面问题.     

采用二次等参体元时的接触判据

当二次等参体元用于分析接触问题时,接触面上节点集中接触力不同号给建立接触判据造成困难。本文建立了由节点集中接触力计算接触面上分布接触力节点值的方法,从而可顺利建立接触判据。此方法已成功应用于工程中的弹性固体接触问题分析,文末给出了一个计算实例。     

粗糙表面之间接触热阻反问题研究

当两个固体表面相互接触时,由于接触面粗糙度的影响,界面间就形成了非一致接触,这种接触导致热流收缩,进而产生接触热阻. 目前的理论研究主要集中在正问题研究,对反问题的研究相对较少. 接触热阻反问题研究是通过研究部分边界温度、热流和部分测量点的温度来反演得到界面上的接触热阻. 反问题研究在很多工程领域都有应用,如航空航天、机械制造、微电子等,是工程中确定接触热阻一种快速有效的方法. 本文采用边界元法和共轭梯度法研究了二维空间随坐标变化的接触热阻反问题. 为了验证方法的准确性和可行性,假定在已知部分测量点温度和真实接触热阻的情况下,反演计算得到界面的温度和热流,进而得到接触热阻,并与真实接触热阻进行比较. 结果表明采用边界元法和共轭梯度法在无测量误差的情况下,可以准确反演获得界面的真实接触热阻. 若存在测量误差,反演计算结果对测量误差极其敏感,反演结果误差会由于测量误差的引入而被放大. 为处理这种不适定性, 采用最小二乘法对反演计算结果进行校正,结果表明采用最小二乘法能够避开反问题中一些偏离实际值较大的测量点,显著提高反演计算结果的准确性.      

水工圆形隧洞围岩衬砌摩擦滑动接触的新解法

在实际工程中,围岩和衬砌接触时,它们之间并非完全光滑,也并非可以承受任意大的摩擦力.如果围岩与衬砌之间的剪应力大于所能承受的最大静摩擦力,接触面间将发生切向滑动,定义接触面上产生最小滑动量的状态为衬砌的真实工作状态,这种接触即为摩擦滑动接触.以库仑摩擦模型模拟围岩和衬砌之间的摩擦滑动接触,在考虑支护滞后效应的前提下,利用平面弹性复变函数方法列出了应力边界条件、应力连续条件以及位移连续条件的方程, 再结合最优化理论,建立了具有一般性的摩擦滑动接触解法.在利用混合罚函数法求解最优化问题的过程中,减少了设计变量的个数,极大地简化了优化模型,提升了优化过程的迭代速度以及优化结果的精度.以此为基础,获得了围岩和衬砌相互作用下圆形水工隧洞的应力解析解.该方法可以求解光滑接触和完全接触两种极限情况,具有一般性.同时,利用一种精确的计算方法得到了不同情况下满足完全接触条件摩擦系数的阈值,还分析了衬砌和围岩边界上切向应力的变化规律.      

轮轨滚动摩擦温升分析

利用有限元法,考虑轮轨间非稳态热传导、与环境的热对流以及热辐射的影响,建立了轮轨滚动接触热耦合计算模型来模拟轮轨滚滑摩擦温升;在模拟轮轨纯滑动条件下,计算分析了由磨损引起的滑动接触斑的尺寸增大对轮轨温度场的影响;在模拟轮轨接触斑部分滑动工况时,针对不同蠕滑率、摩擦系数以及轴重对轮轨温度场的影响进行了相应的计算分析.结果表明:接触斑材料的磨损速度只影响磨损过程中的温度场分布,其稳态温度场分布基本一致;热载荷随着纵向载荷、蠕滑率以及摩擦系数的增大而增大,进而影响轮轨滚动接触热疲劳.     

微/纳尺度粘着滑动接触的多尺度分析

采用分子动力学与有限元耦合的多尺度方法,求解二维刚性圆柱表面压头与弹性平面的微/纳尺度粘着滑动接触问题,通过与全分子动力学模拟结果的比较验证了多尺度方法的有效性。对压头半径、滑动速度、下压深度以及是否考虑粘着效应等对滑动接触性能的影响进行了全面研究,通过不同条件下摩擦力及接触力分布的比较,揭示了上述各参数对粘着滑动接触...     

F0RMULATION OF BOUNDARY ELEMENT-LINEAR COMPLEMENTARY EQUATION FOR THE FRICTIONAL ELASTIC CONTACT PROBLEMS

Boundary element-linear complementary equations are formulated to solve elasticcontact problems with Coulomb frictions.It is also a new attempt to solve free boundaryproblems in solid mechanics by means of boundary element-mathematical programmingtechniques.     

Contact problem for the flat crack under two normally incident shear H-waves with wave mode-shifting

The frictional contact interaction of the finite crack edges in an infinite plane is studied for the case of normal incidence of two harmonic shear H-waves with multiple mode-shifted frequencies. Boundary integral equation method and constrained optimization algorithm are used for the problem solution. The forces of contact interaction and displacement discontinuity are analyzed. Influence of the waves frequencies on the stress intensity factor for different normalized wave numbers and coefficients of friction is considered here.     

三维弹性接触问题的接触面单元法

基于虚功原理，推导了三维接触面单元的刚度矩阵，并引进预留单元的概念，避免了接触过程中由于接触面变化节点和单元需要重新编号的麻烦．文中算例验证了计算方法的有效性     

Boundary slippage for generating hydrodynamic load-carrying capacity

Boundary slippage is used to generate the load-carrying capacity of the hydrodynamic contact between two parallel plane surfaces. In the fluid inlet zone, the fluidcontact interfacial shear strength on a stationary surface is set at low to generate boundary slippage there, while in the fluid outlet zone the fluid-contact interfacial shear strength on the stationary surface is set at high enough to prevent the occurrence of boundary slippage. The fluid-contact interfacial shear strength on the entire moving surface is set at high enough to prevent boundary slippage on the moving surface. These hydrodynamic contact configurations are analyzed to generate the pronounced load-carrying capacity. The optimum ratio of the outlet zone width to the inlet zone width for the maximum load-carrying capacity of the whole contact is found to be 0.5.     

Analysis of FRP composites under frictional contact conditions

This work studies numerically the tribological behavior of fiber-reinforced plastics (FRP) under different frictional contact conditions, using a boundary element methodology. The formulation uses the Boundary Element Method (BEM) with an explicit approach for fundamental solutions evaluation, for computing the elastic influence coefficients. To enforce the contact constraints on the potential contact zone: Signorini’s contact conditions and an orthotropic law of friction, contact operators over the augmented Lagrangian are considered in the formulation. The methodology and the proposed algorithm are applied to study two types of glass FRP and two types of carbon FRP, with the same fiber volume fraction, under frictional contact. In these studies, it can be observed how the fiber orientation and sliding orientation affect the normal and tangential contact compliance, as well as the contact traction distribution. Furthermore, the formulation considers a micromechanics model for FRP that allows also to study the influence of fiber volume fraction on normal and tangential contact compliances.     

An improved contact-impact algorithm for explicit integration FEM

Although the penalty algorithm is simple and direct in concept, it has a defect that the contact forces are badly dependent on the chosen penalty factor. An improved contact-impact algorithm for the explicit integration FEM is proposed in the present paper. Based on the fact that bodies cannot penetrate into each other on the contact faces, a set of equations with the additional unknown contact forces on the slave nodes can be formed in a new system configuration. By solving these equations, the correct contact forces could be obtained without using the penalty factor.     

样条边界元法分析圆形基础板非线性非光滑接触

本文用样条边界元法分析轴对称圆形基础板的非线性非光滑接触。除事先给出外力与地基表面位移的对应关系外,地基的模型、板的厚薄(Reissner/Kirchhoff型)和外荷载沿径向的分布均可是任意的。文中将地基反力看作板的外载,对变量沿径向采用不等距祥条插值,并用无地基效应的板基本解。算例表明本文方法只要用少量自由度,便可得到令人满意的结果。     

二维弹性接触问题的接触面单元法

本文基于虚功原理，推导了二维接触面单元的刚度矩阵，并引进预留单元的概念，避免了接触过程中由于接触面变化，节点和单元需要重新编号的麻烦。采用位移和应力联合控制的增量法控制加载过程，文中给出考题验证计算方法的有效性，并给出本文方法在汽检轮机中根与轮缘接触问题中的应用实例。     

某型航空发动机销钉式叶片固有振动频率的有限元计算

为利用有限元方法计算某型航空发动机低压压气机销钉式转子叶片的固有振动频率,以柔度矩阵法的计算结果为参考,通过约束销钉-销孔接触面上部分节点的自由度,将非线性的接触问题转化成线性问题,满足了有限元法的使用条件。最后,建立了约束自由度的节点面积与销钉-销孔接触面积之间的关系,为利用有限元方法解决类似问题打下了基础。     

Mass redistribution method for finite element contact problems in elastodynamics

This paper is devoted to a new method dealing with the semi-discretized finite element unilateral contact problem in elastodynamics. This problem is ill-posed mainly because the nodes on the contact surface have their own inertia. We introduce a method based on an equivalent redistribution of the mass matrix such that there is no inertia on the contact boundary. This leads to a mathematically well-posed and energy conserving problem. Finally, some numerical tests are presented.