粘聚裂纹扩展的强化有限元h型网格自适应模拟

非连续变形分析和非规则节点处理是基于单元细划的粘聚裂纹扩展网格自适应模拟的关键。首先,利用强化有限单元法中数学单元和物理单元分离的特点,通过引入过渡单元,将适用于非连续变形描述的数学模式覆盖法和方便处理非规则节点的物理模式重构法结合,提出了强化有限单元法的统一关联法则,并导出了相应的单元列式。其次,基于数学裂纹尖端影响域和裂尖单元尺寸,提出了基于强化有限单元法的粘聚裂纹扩展过程模拟的h型网格自适应策略。最后,通过两个算例验证了本文方法的合理性和有效性。     

Non-local finite element analysis of damped beams

Non-local viscoelastic beam models are used to analyse the dynamics of beams with different boundary conditions using the finite element method. Unlike local damping models the internal force of the non-local model is obtained as weighted average of state variables over a spatial domain via convolution integrals with spatial kernel functions that depend on a distance measure. In the finite element analysis, the interpolating shape functions of the element displacement field are identical to those of standard two-node beam elements. However, for non-local damping, nodes remote from the element do have an effect on the energy expressions, and hence on the damping matrix. The expressions of these direct and cross damping matrices may be obtained explicitly for some common spatial kernel functions and Euler–Bernoulli beam theory. Alternatively numerical integration may be applied to obtain solutions. Examples are given where the eigenvalues are compared to the exact solution for a pinned–pinned beam to demonstrate the convergence of the finite element method. The results for beams with other boundary conditions are used to demonstrate the versatility of the finite element technique.     

FORMING MICHELL TRUSS IN THREE-DIMENSIONS BY FINITEELEMENTMETHOD

IntroductionTheMichell’s[1]theoryforoptimizingstructuraltopologyforstressconstraintsunderoneloadconditionplaysanimportantroleinstructuraloptimizationfield .TheoptimumstructuresbasedonsuchtheoryarecalledasMichelltruss,orleast_weighttruss.Subsequently ,thistheorydevelopedgreatlyinmanyaspects[2 - 8].ItisprovedthatMichelltrussisidenticalwiththeleast_weighttrussforcomplianceconstraints.TheMichelltrussesundersomeloadcasesweregainedbyanalyticalmethod[8- 10 ].Michelltrussisestablishedbasedonstrict…     

多尺度六面体单元网格连接方法研究

提出多结点六面体单元的结点形函数构建方法,解决了数字化分析时两个多尺度有限元网格在接触界面由于单元结点不匹配而导致的结点属性不能连续传递问题.首先将全局坐标下的六面体单元及其表面上多结点通过等参逆变换转成局部坐标下的规则六面体单元及其表面上多结点;在规则单元中,以每个结点为基点,分别沿三个正交的局部坐标方向在单元内寻找...     

等参元——修改等参元——最佳等参元

本文以二维问题为模型,建立了等参元、修改等参元和最佳等参元间的相互关系.给出了最佳等参元附加节点方程的解法.其数值解与理论分析一致.显示出修改等参元的许多良好特性.     

非网格重剖分模拟宏观裂纹体的扩展有限单元法(2:数值实现)

探讨了扩展有限单元法的具体实现过程,包括裂纹体几何结构的拓扑分析、广义节点的选取及详细的单元数值计算。并针对前文提出的扩展有限单元平衡方程的统一矩阵实现模式,提出了采用虚拟层合元的思想来处理被裂纹横贯单元的子域积分问题,自然地解决了原方法中由于特殊的位移插值场在裂纹两侧不连续造成的单元刚度阵求解困难。同时依托比较成熟的虚拟层合单元法,可以方便地考虑域内及裂纹面上分布载荷影响。此外,一、二维算例较高精度的数值结果验证了本文算法的有效性和精度。     

成层半空间出平面自由波场的一维化时域算法

提出了一种计算出平面SH波斜入射时弹性水平成层半空间中自由波场时域计算的一维化有 限元方法. 在进行有限元网格划分时，竖向单元取满足有限元模拟精度的任意尺寸，水平向 网格尺寸由时间离散步长和水平视波速确定，并自动进行虚拟网格划分. 基底设置人工边界， 并将波动输入转化为等效荷载施加在边界节点上. 然后将集中质量有限元法和中心差分法相 结合建立节点运动方程，并将水平方向相邻节点的运动用该节点相邻时刻的运动表示，从而 将求解节点运动的二维方程组转化为一维方程组. 求解此方程组，即得到自由场中竖向一列 节点的运动. 最后根据行波传播的特点，可方便地确定全部自由波场. 理论分析和数值算例 表明，该方法具有较高的精度和良好的稳定性.     

二维高亚音速Laval喷管流场的有限元计算

本文使用了八节点曲四边形等参元，通过变分有限元法，对二维高亚音速Ｌａｖａｌ喷管位势流场进行了计算，结果是满意的，并和一维结果进行了对比。文中还使用了有限元法特有的局部线化理论，取单元中心点密度去处理迭代过程中单元系数阵的计算，其结果与通常的有限元法计算相一致，但计算时间却大大减少了。     

Analysis of high-speed continuous casting with inverse finite elements

A recently proposed inverse isotherm finite element method is further extended in order to account for processes with distorted isotherms. With this method a variety of problems can be solved which require the explicit calculation of characteristic material lines along with the common field of unknowns in transport phenomena. The method is applied to high-speed metal casting, where the location and shape of the extensive solidification front is calculated simultaneously with the primary unknowns, the velocity and the pressure, whereas the temperature is fixed at the moving nodes of the finite element tessellation. This is achieved by solving the energy equation inversely along with the rest of the conservation equations, i.e. the temperature field is fixed and its location is calculated. Empirical correlations may be derived which give the shape of the solidification front as a function of the process parameters. This may be used to improve the control means of metal casting, which is currently based on one-dimensional approximate analyses.     

岩石、混凝土类材料断裂破坏有限元数值模拟中的有效方法

岩石、混凝土类材料断裂破坏有限元数值模拟中的网格重划,依据单元畸变和裂缝介质间的单元干涉作为网格重划判据,采用几何体重构技术把几何实体分解成能在ANSYS上实现六面体网格划分的几个部分,利用体积判断法确定新结点在旧单元的单元编号,在场量传递上采用基于解析性质的等参有限元逆变换,把旧网格场量信息传递到新网格中。本文对ANSYS进行二次开发,实现了三维网格重划,网格重划采用单元畸变和界面干涉两个判据,在网格再划分前进行几何体重构,提取变形后的点线面信息重新生成实体,充分利用AN-SYS的函数和体积判断法找到新结点在旧网格中的位置,在新旧网格间的场量传递中采用基于解析逆等参单元法。在平台上实现了三维有限元网格重划技术,最后利用方料的单轴压缩断裂模拟计算检验了传递前后等效塑性应变分布用载荷信息的变化,证明了所开发系统的正确性。     

On the use of characteristic‐based split meshfree method for solving flow problems

This study presents characteristic‐based split (CBS) algorithm in the meshfree context. This algorithm is the extension of general CBS method which was initially introduced in finite element framework. In this work, the general equations of flow have been represented in the meshfree context. A new finite element and MFree code is developed for solving flow problems. This computational code is capable of solving both time‐dependent and steady‐state flow problems. Numerical simulation of some known benchmark flow problems has been studied. Computational results of MFree method have been compared to those of finite element method. The results obtained have been verified by known numerical, analytical and experimental data in the literature. A number of shape functions are used for field variable interpolation. The performance of each interpolation method is discussed. It is concluded that the MFree method is more accurate than FEM if the same numbers of nodes are used for each solver. Meshfree CBS algorithm is completely stable even at high Reynolds numbers. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

成层饱和介质平面波斜入射问题的一维化时域方法

地震波斜入射下自由场的输入是大型结构抗震分析中亟待解决的问题之一,尤其是成层饱和多孔介质自由场问题,由于问题的复杂性,目前研究甚少. 本文基于Biot提出的饱和多孔介质动力方程,建立了一种新的求解平面波斜入射下基岩上覆饱和多孔介质成层场地自由场分析的一维化时域计算方法. 该方法首先根据Snell定律将饱和多孔介质二维空间问题转化为一维时域问题,通过对深度方向的有限元离散,得到饱和多孔介质波动问题的一维化有限元方程,然后采用单相弹性介质精确人工边界条件模拟基岩半空间的波动辐射和输入特征,通过考虑基岩与饱和多孔介质间透水或不透水边界条件以及不同饱和多孔介质交界面边界条件,形成基岩上覆成层饱和介质系统的整体有限元方程,最后采用中心差分法与Newmark平均加速度近似格式相结合的方法对时间进行离散,得到节点的动力时程的显式表达. 典型场地的地震反应分析表明,本文方法的计算结果与传递矩阵法结合傅里叶变换的计算结果完全吻合,证明了其有效性.      

弹性半空间二维出平面自由波场的一维化时域算法

提出了一种计算出平面SH波斜入射时弹性半空间自由波场时域计算的一维化有限元方法。首先利用Snell定律确定平面波沿水平方向的传播规律,在用有限元法对弹性半空间进行离散化时,竖向单元尺寸根据波动有限元模拟精度要求确定,而水平向有限元网格尺寸根据水平向波的传播规律和采用的离散时间步长确定,使得有限元离散模型中任意节点的运动可以用水平向相邻节点的运动表示,从而将二维有限元节点运动方程组化为一维的形式。求解此一维方程组,可得到弹性半空间中一列节点的运动,再根据行波的传播规律,可确定全空间自由波场。理论分析和数值算例表明,该方法具有较高的精度和良好的稳定性。     

AN h-TYPE ADAPTIVE FINITE ELEMENT

ＡＮｈ－ＴＹＰＥＡＤＡＰＴＩＶＥＦＩＮＩＴＥＥＬＥＭＥＮＴ￥ＸｕＸｉｎｇ（徐兴）ＬｉｎｇＤａｏｓｈｅｎｇ（凌道盛）ＤｕＱｉｎｇｈｕａ（杜庆华）ＤｉｎｇＨａｏｊｉａｎｇ（丁皓江）（ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７．Ｐ．...     

焊接结构应力场计算中的一类五面体可变节点等参单元

本文应用三维有限元理论，构造了一类五面体６～１５节点等参单元的形函数，提出了在五面体单元内的Ｇａｕｓｓ积分处理方法，建立了相应的单元刚度矩阵。这类单元的节点可以在６～１５之间任意选择。将其与ＳＡＰ５中的六面体８～２１节点等参单元匹配，计算了对接板接头的理论应力集中系数。经与有关文献结果比较表明：这类单元适合于计算焊接结构的应力场，并且具有良好的精度。     

平面广义四节点等参元GQ4及其性能探讨

广义节点有限元是将传统有限元方法中的节点广义化,在不增加节点个数的前提下,仅通过提高广义节点的插值函数的阶次,从而达到提高有限元解精度的目的.与现有的p型和hp型有限元不同,在这种新的有限元中,节点自由度全部定义在节点处,在理论与程序实现上与传统有限元方法具有很好的相容性,传统有限元方法是这种新方法的广义节点退化为0阶时的特殊情形.文中主要讨论了这一新方法的四节点等参元（记为GQ4）的形式.对GQ4进行的各种数值试验表明,所发展的广义四节点等参单元具有精度高且无剪切自锁与体积自锁等的特点.     

基面力概念在几何非线性余能有限元中的应用

以基面力为基本未知量描述一个弹性系统的应力状态并表征单元的余能,将大变形的余能分解为变形余能部分和转动余能部分,采用Lagrange乘子法放松单元的平衡方程,利用已有的弹性大变形余能原理建立了一种几何非线性显式有限元模型,编制了相应的几何非线性余能原理有限元程序. 数值算例表明:该方法具有较好的收敛性和计算精度,可进行大载荷步的大位移、大转动计算.      

An effective way to couple FEM meshes and Peridynamics grids for the solution of static equilibrium problems

Peridynamics is a continuum theory based on a non-local approach and capable of dealing with discontinuous displacement fields. The paper presents a technique to couple Peridynamic grids and finite element meshes to solve static equilibrium problems. The domain is divided in two zones: one discretized by the Peridynamic grid and the other where the Finite Element Method is applied. The coupling is achieved by considering that Peridynamics bonds act only on Peridynamic nodes, whereas finite elements apply forces only on finite element nodes. The proposed method was applied to study 1D and 2D examples. No problem in the zone of the structure where the two approaches are merged is observed. The results show that the coupling method is very effective and its simplicity suggests it can be easily introduced in commercial finite element codes.     

无单元法及其工程应用

无单元法可以求解复杂边界条件的边值问题，它只需结点信息而不需单元信息，故信息简单，特别适用于岩土工程数值分析．它的理论基础是滑动最小二乘法．本文对无单元法的基本理论作了研究，并用算例说明了研究成果．     

带源参数的二维热传导反问题的无网格方法

利用无网格有限点法求解带源参数的二维热传导反问题，推导了相应的离散方程. 与 其它基于网格的方法相比，有限点法采用移动最小二乘法构造形函数，只需要节点信息，不 需要划分网格，用配点法离散控制方程，可以直接施加边界条件，不需要在区域内部求积分. 用有限点法求解二维热传导反问题具有数值实现简单、计算量小、可以任意布置节点等优点. 最后通过算例验证了该方法的有效性.