三维电磁场辛有限元列式及电磁共振腔的计算

针对三维共振腔的电磁场分析,利用Maxwell方程的对偶方程体系形式,从其相应的对偶变量变分原理出发,导出了三维电磁场辛有限单元的详细列式。为了有限元列式的保辛,变分原理被积函数可导向对于对偶变量为对称的形式。变分原理的边界积分项对于相邻单元相互抵消。由于采用了对偶变量的插值函数,使得电磁场单元构造可以在层面上进行,从而避免了所谓的连续性问题。无物理意义的零本征解可采用奇异值分解加以排除。文末分别对矩形及圆柱形的共振腔做了数值计算并与解析解和棱边元计算结果进行对比,算例表明了列式及算法的有效性。     

粘弹性厚壁筒问题的辛本征解方法

将哈密顿体系引进到粘弹性力学厚壁筒问题中,在辛体系下重新描述了基本问题,即建立了正则方程组。借助于积分变换,得到了拉伸、扭转和弯曲等问题的解以及有边界局部效应的解。将原问题归结为辛几何空间中的零本征值本征解和非零本征值本征解问题,从而建立了一种有效的分析问题方法和数值方法。为解决同类问题提供了一条可行的路径。     

点阵材料微极连续介质模型的应力优化设计

在将二维周期性点阵类材料等效为具有非局部化本构的微极连续介质的基础上，运用优化技术，探讨了基于材料相对密度和微单胞特征尺度两类变量的优化结构应力的方法，给出了针对最小化结构关键部位应力、结构最大应力最小化、最大化结构关键部位安全储备三类特定目标的结构与材料一体化协同优化结果．利用圆板小孔应力集中的数值算例验证了方法的有效性．     

飞行物体受瞬态荷载作用的精细逐步积分

当前的精细逐步积分方法不能直接处理具有刚体自由度结构的瞬态响应计算。本文就此提出了应对策略，仍然可用较大的步长而获得精确解答。     

基于可靠度的结构优化的序列近似规划算法

基于可靠度的优化的最直观解法是把可靠度和优化的各自算法搭配一起形成嵌套两层次迭代。为改善其收敛性提高计算效率,人们提出了功能测度法、半无限规划法、单层次算法等多种改进方法。本文对传统结构优化界的经典序列近似规划法改造并扩展应用于求解基于可靠度的结构优化问题,构造该问题的序列近似规划模型和求解过程;其核心思想是在每个近似规划子问题中采用近似可靠度指标对设计变量的线性近似,在优化迭代过程中同步更新设计变量和随机空间中的近似验算点坐标,以达到可靠度分析和优化迭代同步收敛的目标。为了算法的实施,还推导出近似可靠度指标的半解析灵敏度计算公式,编制了程序,最终实现与通用软件的连接。论文用算例证实算法的有效性。     

材料弹塑性性能数值模拟的多尺度方法

将均匀化方法和渐近分析(Asymptotic Analysis)与参变量变分原理相结合提出了一种模拟复合材料非线性性能的多尺度数值方法.该方法用渐近分析建立宏-细观变量之间的联系,利用参变量变分原理计算非线性响应,求解过程采用迭代算法.为提高计算精度,针对Von-Mises准则和Tsai-Hill准则,提出了一个基于参变量变分原理的改进算法,算例表明该方法可以显著消除传统方法采用线性展开式构造线性互补条件所带来的误差.     

复合表面径向滑动轴承的概念和性能预报

近年来的研究发现固液界面的滑移可以减小表面摩擦,但也会造成流体动力效应下降甚至消失.本文提出了复合表面滑动轴承的概念,轴套表面由具有不同吸附和滑移特性的复合表面组成,发现复合表面轴承比普通轴承有许多优点.通过改变轴套表面的滑移特性可以改变和优化轴承的各种性能,例如摩擦系数、承载力、润滑剂流量、承载角等.数值解表明,在轴承高压区改变轴套表面滑移特性,轴承的整体性能会有大幅度提高.例如,本文给出的初步优化设计方案使得摩擦系数降低50%以上,同时承载力可提高20%,并且承载角可以降低33%.本文提出的设计理念不但可用于设计出具有更优异特性的径向滑动轴承,而且可以设计出具有复合表面的轴向滑动轴承或滑块轴承.复合表面滑动轴承在降低轴承摩擦、提高承载能力方面有很大的空间可以探索.     

电流变智能轴承挤压性能分析

电流变流体的流变性质可以通过调节外加电场（或电压）来控制，且响应时间极短，为此可用来制成电流变智能轴承。这种轴承的优点是可由计算机来监控轴承的工作状态，并根据其工作条件的变化来控制电压高低，从而改变轴承的性能，以适应外界环境。本文采用作者提出的以二次规划法为基础的双线性流变有限元法分析了电流变智能轴承的恒载径向挤压特性，给出了在不同外界电压下的轴承油膜沉降速度和时间曲线，通过数值讨论，证明电流变轴承具有很强的油膜保持能力的优点。     

松质骨弹性模量计算的均匀化方法

对松质骨建立了六种单胞微观结构模型，采用均匀化方法和有限元方法计算松质骨的宏观等效弹性模量。给出了六种单胞模型的松质骨弹性模量与材料密度(体分比）的关系，与实验数据进行了对比，分析了不同微观结构模型在不同骨骼中的应用。结果表明，本文方法及六种单胞模型可以对松质骨微观结构和材料性能进行有效的模拟计算。同时本文又着重对松质骨的宏观等效弹性模量与体分比的指数关系进行了探讨。