层合板三维—二维混合分区有限元法研究

本文提出了一种三维－二维混合分区有限元方法分析复合材料层合结构。构造了三维－二维过渡元素和三维的十七节点复合元素。本方法在大大地减少了自由度，缩短了计算时间。算例表明，计算结果令人满意。本方法是可靠的并同样适用于其它结构。     

动态J积分及Rice J积分一致性比较与分析

首先回顾了动态J积分的发展进程,然后给出了两种常用动态J积分和Rice J积分的数学计算式,并对它们的一致性加以讨论,由此提出一种广义J积分的定义。然后通过算例,基于ANSYS软件,建立平面应变情形下纯I型中心裂纹模型,并利用编写的APDL程序计算了各个J积分,通过结果比较,进一步验证了在动态加载条件下,动态J积分比Rice J积分具有更好的路径守恒性,但仍可以看出它们的取值具有一定的一致性。最后,通过J积分间接法和裂尖位移外推法分别计算裂纹动态应力强度因子,所得结果吻合很好,验证了编写程序的正确性。     

复合材料结构的内部分层及其扩展

本文用接触观点分析了复合材料壳体结构的内部分层问题，建立了求解摩擦接触问题的有限元迭代格式，并采用释放率判据分析分层裂纹的扩展。分层裂纹前缘采用轴对称奇异单元，并了结构的大变形特性。计算表明，层间裂纹呈Ⅱ型扩展趋势。本文同时还分析了层间摩擦系数的影响，并指出分层将导致壳体结构承载能力显著下降。     

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。     

纳米压痕过程的三维有限元数值试验研究

采用有限元方法模拟了纳米压痕仪的加、卸载过程，三维有限元模型考虑了纳米压痕仪的标准Berkovich压头．介绍了有限元模型的几何参数、边界条件、材料特性与加载方式，讨论了摩擦、滑动机制、试件模型的大小对计算结果的影响，进行了计算结果与标准试样实验结果的比较，证实了模拟的可靠性．在此基础上，重点研究了压头尖端曲率半径对纳米压痕实验数据的影响．对比分析了尖端曲率半径r＝0与r＝100nm两种压头的材料压痕载荷—位移曲线．结果表明，当压头尖端曲率半径r≠0时，基于经典的均匀连续介质力学本构理论、传统的实验手段与数据处理方法，压痕硬度值会随着压痕深度的减小而升高．     

船用气水分离器惯性级流场分析及阻力特性研究

采用二阶全展开ETG有限元与大涡模拟（LES）相结合的算法，对120－20－35－3型船用气水分离器惯性级在不同雷诺数条下的流动进行了模拟，通过其中一组雷诺数条件下计算所得该实验件阻力系数与物理实验所得阻力系数相比较，确定出该雷诺数条件下采用大涡模拟时所需的亚格子应力模型常数，将该常数带入其它各组雷诺数条件下的计算中，并将计算结果与相同条件下的物理实验结果相比较，证实了该常数的通用性。该常数一经确定，对各雷诺数条件下的流场进行分析，结果反映出采用二阶全展开ETG有限元与大涡模拟（LES）相结合的算法可以捕捉到非常丰富的涡系及涡动的时变过程。在流场分析的基础上本文计算了该实验件内的能耗场，计算结果表明实验件内的能耗主要集中在大涡丰富的区段内。     

结构声振研究的功率流方法

功率流方法是近年来研究柔性结构动态特性的主要手段, 其计算可分为低频段、中频段和高 频段. 本文讨论了有限元法、导纳功率流法、统计能量分析法、能量有限元法、参数化统计 能量分析法、子结构法、Lagrange乘子混合法、有限元/统计能量分析混合法、有限元/功 率流有限元混合法等方法, 各种方法适用频段各不相同, 综合应用这些方法, 可以解决绝大 多数声振预测问题.     

高速公路工程中水泥搅拌桩桩身合理设计强度研究

在公路工程的搅拌桩地基设计中,一般假设加固区桩土变形协调,从而采用复合地基理论进行设计。但是目前许多的工程实践表明在路堤荷载作用下,搅拌桩地基桩土之间存在差异沉降,桩身强度不能够完全发挥,为此需要对复合模量的表达式进行改进。本文采用有限元分析了路堤荷载作用下搅拌桩地基的变形响应情况,分析了加固区桩间土变形与桩身模量之间关系,得到了水泥土搅拌桩强度的合理范围。     

UPWIND LOCAL DIFFERENTIAL QUADRATURE METHOD FOR SOLVING COUPLED VISCOUS FLOW AND HEAT TRANSFER EQUATIONS

The differential quadrature method (DQM) has been applied successfully to solve numerically many problems in the fluid mechanics. But it is only limited to the flow problems in regular regions. At the same time, here is no upwind mechanism to deal with the convective property of the fluid flow in traditional DQ method. A local differential quadrature method owning upwind mechanism (ULDQM) was given to solve the coupled problem of incompressible viscous flow and heat transfer in an irregular region. For the problem of flow past a contraction channel whose boundary does not parallel to coordinate direction, the satisfactory numerical solutions were obtained by using ULDQM with a few grid points. The numerical results show that the ULDQM possesses advantages including well convergence, less computational workload and storage as compared with the low-order finite difference method.     

HOMOGENIZATION—BASED TOPOLOGY DESIGN FOR PURE TORSION OF COMPOSITE SHAFTS

In conjunction with the homogenization theory and the finite element method, the mathematical models for designing the corss-section of composite shafts by maximizing the torsion rigidity are developed in this paper. To obtain the extremal torsion rigidity, both the cross-section of the macro scale shaft and the representative microstructure of the composite material are optimized using the new models. The micro scale computational model addresses the problem of finding the periodic microstructures with extreme shear moduli. The optimal microstructure obtained with the new model and the homogenization method can be used to improve and optimize natural or artificial materials. In order to be more practical for engineering applications, cellular materials rather than ranked materials are used in the optimal process in the existence of optimal bounds for the elastic properties. Moreover, the macro scale model is proposed to optimize the cross-section of the torsional shaft based on the tailared composites. The validating optimal results show that the models are very effective in obtaining composites with extreme elastic properties, and the cross-section of the composite shaft with the extremal torsion rigidity. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10172078 and 10102018)