拟协调大变形矩形扁壳元及其应用

本文采用拟协调元方法,引用简化的扁壳应变分量,构造了一个大变形矩彤扁壳单元,该单元适用于薄板壳的线性和几何非线性分析,数值例题的结果表明本文单元的性态很好。     

含面内转动自由度的广义协调曲面矩形扁壳元

扁壳单元中引入结点转角自由度可以在不增加结点的情况下,增加位移场的阶次,提高计算精度,从而显著地提高单元性能。同时在单元中引入泡状位移场,能有效地扩大了单元位移场的解空间,所构造的单元具有计算精度高、对计算网格畸变不敏感的优良特性。本文利用广义协调薄板单元RGC-12的位移函数作为扁壳元的法向位移,利广义协调矩形膜元的位移函数作为扁壳面的切向位移,通过附加面内转动自由度构造了一个具有24个自由度的4结点广义协调曲面矩形扁壳元GRC-S24。在此基础上再增加一个广义泡状位移,又构造了一个具有更高计算精度的曲面矩形扁壳元GRC-S24M。并通过实例分析对这两个单元的收敛性和精度进行了验证。     

板壳弹塑性屈曲的有限元分析

1 拟协调双曲壳单元为解决板壳有限元分析的C~1连续性问题,本文给出三角形拟协调双曲扁壳单元的刚度矩阵.拟协调单元是基于域内假设应变场和边界拟协调位移场,应用最小势能原理所构     

大跨度双层网壳的非线性动态响应

网壳结构在大跨度结构中得到广泛应用．在建立了双层网格扁球壳的非线性强迫振动微分方程的基础上,研究了在边缘滑动固定的边界条件下,双层网格扁球壳的非线性动态响应问题．用突变理论建立了该网壳的尖点突变模型,得出了突变的临界方程,并阐述了网壳参数对该结构动态屈曲的影响．     

弹性常曲率扁壳通解的完备性和不唯一性

导出了弹性常曲率扁壳的一种新的通解，证明了它的完备性和不唯一性，著名的符拉索夫（Ｖｌａｓｏｖ）解是它的特殊情形之一．论证了符拉索夫解不适用于球形扁壳，并给出了球形扁壳的新的通解     

扁壳动力学中只含广义力的最小值原理

本文首先通过Ｌａｐｌａｃｅ变换导出了关于具有五个广义位移并考虑转动惯量效应时各向异性的线弹性扁壳在动力学中只含广义力的最小转换能量原理，然后通过引进相容权函数的集合推导出关于原空间时间域的一个最小值原理。这两个最小值原理在扁壳静力学中均没有其对应形式     

在边缘载荷作用下中心开孔圆底扁薄球壳的轴对称稳定性

符号 r 扁球壳的中曲面点至对称中心轴的距离 R 扁球壳的中曲面半径 h 扁球壳的厚度 a,b 扁球壳的外、内边缘半径 w 横向挠度 u 径向薄膜位移 θ 扁球壳经线方向弧的倾斜角 (?) 扁球壳经线方向弧的旋转角 N, 径向薄膜内力 M, 径向弯矩 Q 径向剪力 q 均布载荷 p 作用在扁球壳内边缘的线布载荷     

样条函数法解扁壳的微型计算机程序

1.样条函数法解扁壳的基本方程 对工程中常采用的扁壳结构,如双曲扁壳,圆柱形扁壳,通常可应用有限元模型在通用计算机上进行静力与动力分析,但比较费事。本文采用样条函数和梁函数来构造扁壳的     

正交异性扁壳的等价关系式和不变量

提出各向同性扁壳比拟法,分析满足条件D_3=D_(12)=(D_1D_2)~(1/2)的正交异性扁壳大挠度弯曲和超屈曲问题,导出了正交异性扁壳与各向同性扁壳之间,两种不同正交异性扁壳之间坐标变量、扁壳厚度和曲率半径、荷载、挠度、转角、弯矩、扭矩、中面应力的等价关系式,还证明了等价正交异性扁壳的几个等价不变量。     

关于弹性扁薄壳问题的通解

本文证明了BπacoB提出的扁壳混合函数方程确是常曲率非球面扁壳问题的通解(混合函数形式)。从而解决了专著[2]指出的疑题。本文导出了球面扁壳问题的通解。 此外,从扁壳位移法基本方程出发,导出了扁壳的位移函数,证明了用位移函数表示的位移连同位移函数方程一起也代表了扁壳问题的通解。     

一种提高四边形四节点平面壳单元计算精度的新方法

平面壳单元是由平面应力单元和平板弯曲单元叠加组合而成,具有简单的理论表达,但是它在计算曲面壳体结构时误差较大。为了进一步提高平面壳单元的计算精度,本文提出了一种计算平面壳单元刚度矩阵的新方法。通过该方法在高斯积分点建立多个单元局部坐标系,并保证每个局部坐标系都位于单元在高斯点处的切平面上,从而可以有效适应曲面壳体形状,达到进一步提高平面壳单元计算精度的目的。为了在这种新坐标系下计算单元刚度矩阵,给出了求解形函数对局部坐标的导数、局部到自然坐标系积分转换的雅可比、以及局部到整体坐标系的转换矩阵的新型计算方法。通过将这些新坐标系以及新计算方法运用到平面壳单元DKQ24中,可以有效提高平面壳单元尤其是在计算曲面壳体时的精度。计算结果表明,本文方法和平面壳单元相结合,不仅具有平面壳单元简单的理论表达式,还能得到满意的精度。另外,本文方法还可以应用到其他类型的平面壳单元,为提高其他类型平面壳单元的计算精度提供了一种新的途径和思路,具有广阔的应用前景。     

Corotational nonlinear analyses of laminated shell structures using a 4-node quadrilateral flat shell element with drilling stiffness

A new 4-node quadrilateral flat shell element is developed for geometrically nonlinear analyses of thin and moderately thick laminated shell structures. The fiat shell element is constructed by combining a quadrilateral area co- ordinate method （QAC） based membrane element AGQ6- II, and a Timoshenko beam function （TBF） method based shear deformable plate bending element ARS-Q12. In order to model folded plates and connect with beam elements, the drilling stiffness is added to the element stiffness matrix based on the mixed variational principle. The transverse shear rigidity matrix, based on the first-order shear deformation theory （FSDT）, for the laminated composite plate is evaluated using the transverse equilibrium conditions, while the shear correction factors are not needed. The conventional TBF methods are also modified to efficiently calculate the element stiffness for laminate. The new shell element is extended to large deflection and post-buckling analyses of isotropic and laminated composite shells based on the element independent corotational formulation. Numerical re- sults show that the present shell element has an excellent numerical performance for the test examples, and is applicable to stiffened plates.     

无粘结预应力混凝土板火灾行为的非线性分析

火灾试验研究表明,火灾下无粘结预应力混凝土受弯构件的变形非常大,其中转动也很大,尤其是单面受火的板,是典型的材料非线性、几何非线性问题。如何对其进行精确、高效地求解是值得关注的问题。而基于S-R分解原理的更新拖带坐标有限元法有诸多优点:有利于跟踪变形物体中各点的变形;保证单元的质量守恒;在有限元增量法求解时,还可以避免对坐标的修正;而且将转动作为一个独立的自由度,提高了求解效率。在升温过程中,虽然预应力钢筋的应力处处相等,但其各点的温度不同,导致各点的温度应变、蠕变、塑性应变均不同。预应力筋必然产生滑移。本文采用该方法对火灾下无粘结预应力钢筋混凝土板进行编程分析。通过实际算例验证该算法的可靠性,该方法求解效率高,精度也比较好。     

计算曲面壳体等效节点热载荷的新方法

提出了一种利用平面壳单元计算曲面壳体热应力问题等效节点热载荷的新方法, 具有较高的计算精度. 首先在平面壳元的理论基础上, 在壳单元切平面建立局部坐标系; 然后根据提出的理论, 利用单元节点整体坐标直接计算壳单元等效节点热载荷积分方程中所需的未知量, 如: 形函数对局部坐标的导数、从对局部坐标积分转换到自然坐标积分时的雅可比行列式等; 最后, 根据提出的算法求出从局部坐标转换到整体坐标的转换矩阵, 进而求出整体坐标系下壳单元等效节点热载荷. 通过与商用软件ANSYS 的计算结果进行对比分析, 证明提出的方法是正确而且精确的.     

THE FINITE ELEMENT ANALYSIS OF THE FLEXIBLE BEAMS AND PLATES

This paper studies large deflection problem of beam and plates by the finite elementmethod.The elongation of the middle surface caused by its rotation is considered in strain-displacement relations.The higher order terms will be reserved when strain energy iscalculated.The elastic stiffness matrix,linear and nonlinear initial stress stiffness metricesare derived by the principle of minimum potential energy.Examples show that precision willbe properly manifested although the total storage amount and the calculating time are notincreased.The iterative method with co-moving coordinate must be adopted to avoid parasiticrigid body motion.     

基于开放式结构有限元系统 SiPESC.FEMS平板壳单元研发

基于开放式结构有限元系统SiPESC.FEMS的单元计算模块的设计模式,研发设计一种通用的平板壳单元计算框架。考虑板壳单元的组合关系和程序编制过程中的重用性及灵活性等特点,采用了软件设计中的构造器(Builder)模式实现不同的组合单元。本框架具有很好的通用性和可扩展性,为有限元程序研发提供了一个新的方式;同时,系统能够处理复杂荷载和边界条件,并可灵活实现不同类型单元的组合分析。本文利用此方法构造五种平板壳单元,通过数值算例分析对比讨论其性能,为选取合适的平板壳单元类型进行结构数值分析提供参考。     

火灾下钢筋混凝土板的热弹塑性有限元分析——基于S-R分解原理(Ⅰ:理论)

火灾试验研究表明,火灾下钢筋混凝土受弯构件的变形非常大,转动也很大,尤其是单面受火的板.基于S-R分解原理的更新拖带坐标有限元法分析这类构件,有利于跟踪变形物体中各点的变化,保证单元的质量守恒.用有限元增量法求解,还可以避免对坐标的修正,而且将转动作为一个独立的自由度,提高了求解效率,特别适合于几何非线性、材料非线性问题的求解.本文采用此方法对火灾下钢筋混凝土板进行编程分析.同时,为克服在时间步内温度路径难于确定的问题,本文给出了平面应力状态下的混凝土热弹塑性积分方案的初值表达式.通过实际编程发现,该方法求解效率高,精度也比较好.     

THE MOIR GEOMETRY OF PLANE FINITE STRAIN AND ROTATION

It is justified in this paper that the foundation of mathematical theory (12) of finite deformation by the method of co-moving coordinate is identical to Moiré method in experimental mechanics. Hence, the important practical value of this theory is further ascertained.     

广义协调元在薄壳自由振动分析中的应用

本文采用２０个自由度的矩形平板型壳单元分析薄筒壳自由振动问题。在文献（１）的基础上，将广义协调元的应用范围扩大到了壳体分析中，目的是找出简单实用的方法分析板壳这类具有特殊性质的结构。该单元由平面应力单元和平板弯曲单元经简单叠加而成，是一种性能良好的单元。沿用常规作法非常便利，程序容易实现。经算例验证，该单元自由度少，精度较好，实用方便，适合于工程应用。     

火灾下钢筋混凝土板的热弹塑性有限元分析——基于S-R分解原理(Ⅱ:算例分析)

采用基于S-R分解原理的更新拖带坐标有限元法,对火灾下钢筋混凝土板进行了数值模拟.并以标准升温为条件,探讨了不同的钢筋保护层厚度、钢筋及混凝土强度等级、荷载水平、板厚等因素,对钢筋混凝土简支板抗火性能的影响.计算结果表明,构件变形主要是由非线性温度场引起的热变形.为采取一些简单的设计思想来完善钢筋混凝土构件抗火性能提出了建议.