蚁群算法求解二维拉压不同模量反问题

利用光滑函数技术对二维拉压不同模量本构关系进行光滑化处理,采用初应力方法求解二维拉压不同模量正问题的有限元方程。在此基础上,建立了基于连续域蚁群算法的二维拉压不同模量反问题的数值求解模型,考虑了区域非均质的影响,实现了对拉压弹性模量和泊松比的单一/组合识别。通过两个数值算例,对所提算法进行了数值验证,分别探讨了蚁群算法相关参数、测点分布和数据噪音等对识别结果的影响。数值验证表明,所提算法可有效地求解二维拉压不同模量反问题,并具有较好的计算精度。     

基于同伦技术的偶应力反问题求解

引入Bregman距离构造同伦函数,建立偶应力反问题的一种求解模式,可以对偶应力理论相关参数进行识别.利用有限元技术,建立了偶应力正/反问题数值求解模型,该模型不仅考虑了非均质的影响,而且也便于反问题的敏度分析.文中给出了相关的数值算例,并对信息误差和不同的函数形式计算结果做了初步探讨,得到满意的结果.数值算例表明该模...     

二维弹性力学问题的光滑无网格伽辽金法

计算效率低的问题长期阻碍着无网格伽辽金法(element-free Galerkin method, EFGM)的深入发展.为了提高EFGM的计算速度,本文提出一种求解二维弹性力学问题的光滑无网格伽辽金法.该方法在问题域内采用滑动最小二乘法(moving least square, MLS)近似、在域边界上采用线性插值建立位移场函数;基于广义梯度光滑算子得到两层嵌套光滑三角形背景网格上的光滑应变,根据广义光滑伽辽金弱形式建立系统离散方程.两层嵌套光滑三角形网格是由三角形背景网格本身以及四个等面积三角形子网格组成.为了提高方法的精度,由Richardson外推法确定两层光滑网格上的最优光滑应变.几个数值算例验证了该方法的精度和计算效率.数值结果表明,随着光滑积分网格数目的增加,光滑无网格伽辽金法的计算精度逐步接近EFGM的,但计算效率要远远高于EFGM的.另外,光滑无网格伽辽金法的边界条件可以像有限元那样直接施加.从计算精度和效率综合考虑,光滑无网格伽辽金法比EFGM具有更好的数值表现,具有十分广阔的发展空间.     

二维弹性力学问题的光滑无网格伽辽金法

计算效率低的问题长期阻碍着无网格伽辽金法(element-free Galerkin method, EFGM) 的深入发展. 为了提高EFGM 的计算速度, 本文提出一种求解二维弹性力学问题的光滑无网格伽辽金法. 该方法在问题域内采用滑动最小二乘法(moving least square, MLS)近似、在域边界上采用线性插值建立位移场函数; 基于广义梯度光滑算子得到两层嵌套光滑三角形背景网格上的光滑应变, 根据广义光滑伽辽金弱形式建立系统离散方程. 两层嵌套光滑三角形网格是由三角形背景网格本身以及四个等面积三角形子网格组成. 为了提高方法的精度, 由Richardson外推法确定两层光滑网格上的最优光滑应变. 几个数值算例验证了该方法的精度和计算效率. 数值结果表明, 随着光滑积分网格数目的增加, 光滑无网格伽辽金法的计算精度逐步接近EFGM 的, 但计算效率要远远高于EFGM的. 另外, 光滑无网格伽辽金法的边界条件可以像有限元那样直接施加. 从计算精度和效率综合考虑, 光滑无网格伽辽金法比EFGM具有更好的数值表现, 具有十分广阔的发展空间.      

高斯牛顿技术求解偶应力反问题

建立了便于敏度分析的偶应力反问题数值求解模型,给出了直接法和伴随法两种敏度计算格式.在反演计算中采用了高斯牛顿技术对未知本构参数进行识别,探讨了测点数目、初值选取和数据噪音对反演结果的影响,数值算例给出了令人满意的结果.     

不可压缩平面问题的位移-压力混合重心插值配点法

引入人工压力变量,将弹性本构方程以应力、应变和压力表达,建立求解不可压缩平面弹性问题的位移-压力方程和不可压缩条件方程的耦合偏微分方程组。利用张量积型重心Lagrange插值近似二元函数,得到计算插值节点处偏导数的偏微分矩阵。采用配点法离散不可压缩弹性控制方程,利用偏微分矩阵直接离散弹性力学控制方程为矩阵形式方程组。利用插值公式离散位移和应力边界条件,将离散边界条件与离散控制方程组合为新的方程组,得到求解弹性问题的过约束线性代数方程组;利用最小二乘法求解线性方程组,得到弹性力学问题位移数值解。数值算例验证了所提方法的数值计算精度为10-14~10-10。     

基于有限元-时域分段自适应算法的围岩衬砌耦合渐进分析

以开挖时间、一衬时间、二衬时间划分时间区段,考虑围岩与衬砌为弹性/粘弹性介质,将围岩的“位移/应力释放不完全”、开挖等影响模拟为载荷的渐进释放,提出一个有限元-时域分段自适应算法,求解围岩衬砌耦合问题,并通过数值算例对算法进行了验证。所提方法给出了各时间区段的关联条件;可更准确描述各变量随时间的变化;同时将原时空耦合问题转化为一系列空间问题,并利用有限元方法递推求解;当步长变化时可通过自适应计算保证稳定的计算精度。此外,还建立了一个载荷渐进参数的反问题数值求解模型,并给出了相关算例。     

不规则区域平面弹性问题的正则区域重心插值配点法

将不规则区域嵌入到规则的矩形区域,在矩形区域上将弹性平面问题的控制方程采用重心Lagrange插值离散,得到控制方程矩阵形式的离散表达式。在边界节点上利用重心插值离散边界条件,规则区域采用置换法施加边界条件,不规则区域采用附加法施加边界条件,得到求解平面弹性问题的过约束线性代数方程组,采用最小二乘法进行求解,得到整个规则区域上的位移数值解。利用重心插值计算得到不规则区域内任意节点的位移值,计算精度可到10^-14以上。数值算例验证了所建立方法的有效性和计算精度。     

无单元法（EFGM）——在岩土工程上有限元法的有力补充

作为一种新的岩土工程数值计算方法，无网格伽辽金法具有局部化技术的无单元特性。该法与传统FEM相比，在精度和后处理等方面有着明显的计算优势。本文全面介绍了EFGM，并结合岩土工程领域中的土体固结变形问题，推导了EFGM的一维、二维固结问题的离散方程；同时对算例进行计算，将其结果与精确解和传统FEM解进行比较后，得出结论：精度是较高的，处理边界是准确的。尤其当与FEM联合使用时，既能发挥FEM的经验优质，又能体现EFGM的无网格特点，计算效果十分显著，因此，EFGM是FEM的有力补充。     

一种FEM－EFGM耦合技术及其应用

利用面力耦合(traction matching)技术，导出了增量形式的一般固体力学问题的FEM—EFGM耦合求解格式。在相应的域内分别建立FE和EFG的离散方程，利用交界面上的连续条件，可方便地建立耦合求解方程，简明有效，易于编程计算。数值算例给出令人满意的结果。     

C~0型高阶锯齿理论及复合材料厚梁热应力分析

基于已有锯齿理论构造单元时,需使用满足单元间C1连续的插值函数,难于构造多节点高阶单元,而且精度较低。针对已有锯齿理论存在的问题,本文首先发展了C0型锯齿理论。通过虚位移原理推导出在热载荷作用下复合材料梁的平衡方程,并给出了简支复合材料层合梁解析解。基于发展的锯齿理论分析了复合材料夹层梁和层合梁热膨胀问题,并与其他理论结果对比。数值结果表明,发展的C0型锯齿理论能克服已有锯齿理论的难题。     

考虑横法向热应变的C~0型Reddy板理论和三角形板单元

考虑横法向热变形,建议了C0型Reddy理论,并用于分析复合材料层合/夹层板热膨胀问题。虽然考虑了横法向热应变,但不增加额外的位移变量。此理论位移场不含有横向位移一阶导数,构造有限元时仅需C0插值函数。基于这一模型,运用虚位移原理推导了复合材料板平衡方程以及构造了6节点三角形板单元,并分析了简支复合材料层合/夹层板的热膨胀问题。数值结果表明,建立的模型能准确分析复合材料层合/夹层板热膨胀问题,而忽略横法向热应变的理论分析热膨胀问题误差较大。     

基于改进位移模式的一维C1有限元超收敛算法

提出了基于改进位移模式的一维C1有限元超收敛算法。利用单元内部需满足平衡方程的条件,推导了超收敛计算解析公式的显式,即将高阶有限元解的位移模式用常规有限元解的位移模式表示。用常规有限元解的位移模式与高阶有限元解的位移模式之和构造新的位移模式。采用积分形式推导了单元刚度矩阵。该算法在前处理阶段使用了超收敛计算公式,在常规试函数的基础上,增加了高阶试函数,使得单元内平衡方程的残差减少,从而达到提高精度的目标。对于Hermite单元,本文的结点和单元的位移、导数都达到了h4阶的超收敛精度。     

Effects of chemical structures of para-halobenzoates on micelle nanostructure,drag reduction and rheological behaviors of dilute CTAC solutions

Counterion chemical structure and counterion to cationic surfactant molar ratio, ξ, control counterion binding, micelle nanostructures, drag reduction (DR) effectiveness and rheological behavior of quaternary ammonium surfactant systems. The effects of chemical structures of four sodium para-halobenzoate (F, Cl, Br, I) counterions with different ξ values on these properties were compared for dilute solutions of cetyltrimethylammonium chloride (CTAC). Counterion binding was determined by zeta-potential and ¹H NMR measurements. Nanostructures were determined by ¹H NMR and cryo-TEM imaging. Nanostructures, drag reduction effectiveness measured over a range of temperatures and Reynolds numbers, shear viscosities and first normal stress differences N1 were related to the chemical structures of the four counterions and their molar ratios to CTAC.     

考虑横法向热应变的C~0型整体-局部高阶层合梁理论

通过考虑横法向热变形,本文建立了预先满足层间应力连续的C0型整体-局部高阶层合梁理论,并用于分析复合材料层合梁热膨胀和热弯曲问题。虽然考虑了横法向应变,不增加额外的位移变量。此理论位移场不含有横向位移一阶导数,便于构造多节点高阶单元。基于虚功原理推导了复合材料层合梁平衡方程,并分析了简支多层复合材料梁热膨胀和热弯曲问题。数值结果表明,建立的模型能准确分析复合材料层合梁热膨胀和热弯曲问题,忽略横法向应变的理论分析热膨胀问题误差较大。     

H 1 space-time discontinuous finite element method for convection-diffusion equations

An H~1 space-time discontinuous Galerkin (STDG) scheme for convectiondiffusion equations in one spatial dimension is constructed and analyzed. This method is formulated by combining the H~1 Galerkin method and the space-time discontinuous finite element method that is discontinuous in time and continuous in space. The existence and the uniqueness of the approximate solution are proved. The convergence of the scheme is analyzed by using the techniques in the finite difference and finite element methods. An optimal a-priori error estimate in the L~∞ (H~1 ) norm is derived. The numerical exper- iments are presented to verify the theoretical results.     

The sliding interface crack with friction between elastic and rigid bodies

The paper analyzes the frictional sliding crack at the interface between a semi-infinite elastic body and a rigid one. It gives solutions in complex form for non-homogeneous loading at infinity and explicit solutions for polynomial loading at the interface. It is found that the singularities at the crack tips are different and that they are related to distinct kinematics at the crack tips. Firstly, we postulate that the geometry of the equilibrium crack with crack-tip positions b and a is determined by the conditions of square integrable stresses and continuous displacement at both crack tips. The crack geometry solution is not unique and is defined by any compatible pair (b,a) belonging to a quasi-elliptical curve. Then we prove that, for an equilibrium crack under given applied load, the “energy release rate” G_tip, defined at each crack tip by the J_ε-integral along a semi-circular path, centered at the crack tip, with vanishing radius ε, vanishes. For arbitrarily shaped paths embracing the whole crack, with end points on the unbroken zone, the J-integral is path-independent and has the significance of the rate, with respect to the crack length, of energy dissipated by friction on the crack.     

截面含切口圆柱体自由扭转的弹塑性分析

对于截面含切口圆柱体的弹塑性自由扭转问题的分析,可按受力特点分为三个阶段:全弹性阶段、全塑性阶段和弹塑性阶段.每一阶段对应的分析方法不同,其中,在全弹性阶段可以采用有限差分法分析;在全塑性阶段可以按沙堆比拟的方法采用等倾曲面模拟;弹塑性阶段可以结合上述两种方法的结果和思路进行分析.利用差分法可以求出自由扭转截面内各离散点应力函数φ的数值解.本文推导了自由扭转的应力函数φ与J积分之间的关系,得出了自由扭转的应力函数与Ⅲ型裂纹的J积分之间的关系式.数值计算结果验证了本文方法的有效性和精确性.     

K+ uptake by root systems grown in soil under salinity: I. A mathematical model

A novel theoretical model is proposed for K⁺ uptake by intact root systems from saline soil considering interactions with Na⁺, Ca²⁺ and Mg²⁺. The model assumes radial movement of ions towards the root governed by advection and diffusion flux mechanisms, and chemical exchange of the four cations according to Gapon isotherms, with Cl^? as the accompanying anion. Influx of K⁺ to the root surface is assumed as a function of its concentration in the soil solution at the root. This influx is governed by a saturable-cooperative term and a linear term for low and high K⁺ concentrations, respectively. Influx of Na⁺, above a critical value of its concentration, increases linearly with its concentration in the soil solution at the root surface. Uptake of Ca^{+ 2+} is controlled by the balance between influxes of anions and cations, which induces efflux of H⁺ or HCO ₃ ^? , and interacts with calcite in a calcareous soil. The model may provide information about the behavior of ions at the root-soil interface which cannot be measuredin situ.     

Free vibration of composite laminated plate with complicated cutout

Abstract

This paper presents the free vibration analysis of a composite laminated square plate with complicated cutout. The problem formulation is based on the higher order shear deformation plate theory HDST C⁰ coupled with a curved quadrilateral p-element. The elements of the stiffness and mass matrices are calculated analytically. The curved edges are accurately represented using the blending function method. A calculation program is developed to determine the fundamental frequencies for different physical and mechanical parameters such as the cutout shape, plate thickness, fiber orientation angle, and boundary conditions. The results obtained show a good agreement with the available solutions in the literature. New results for the fundamentals frequencies of a composite laminated plate with complicated cutout are presented.