用于板料成形反向模拟的特殊应力更新算法

提出了一种改进的反向模拟法，以最终构型为研究对象，采用Euler坐标系，基于虚功原理 获得有限元列式. 改进的反向模拟法采用了一种基于塑性流动理论的本构方程，可以充分考 虑应变历史对塑性变形的影响. 为了避免流动理论应力更新算法过程中关于未知量\Delta \lambda 的非线性方程的求解，引入等效应力思想，无需Newton-Raphson迭代直 接计算未知量\Delta \lambda . 盒形件的拉深实例中，传统的基于塑性形变本 构方程的反向模拟法和改进的基于塑性流 动本构方程的反向模拟法计算结果，分别与基于增量有限元法的正向数值模拟求解器 LS-DYNA计算结果进行对比. 通过获得的坯料轮廓、成形极限图、等效应变分布、计算效率 等的比较，验证了所提出的基于塑性流动理论本构模型的应力更新算法的有效性.     

基于平面问题的位移压力混合配点法

引入压力变量，将弹性力学控制方程表达为位移和压力的耦合偏微分方程组，采用重心插值近似未知量，利用重心插值微分矩阵得到平面问题控制方程的矩阵形式离散表达式.采用重心插值离散位移和应力边界条件，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，采用最小二乘法求解过约束方程组，得到平面问题位移数值解.数值算例验证了所提方法的有效性和计算精度.     

有效的板料成形反向模拟法应力修正策略

金属在流经凹模圆角时受到强烈的弯曲作用,传统的板料成形反向模拟法没有考虑变形历史对应力预测的影响,使得反向模拟法计算的应力值与实际情况有较大偏差.针对反向模拟法无法准确预测成形零件应力分布的缺点,提出一种快速搜索流经凹模圆角区域的单元的方法,对该部分单元进行应力修正.采用一种高效的单轴连续拉伸应力应变本构关系模型,避免了增量有限元法应力应变更新算法的复杂性,同时充分考虑了凹模圆角对金属变形历史的影响.NUMISHEET'93盒形件拉深的标准考题中,通过与增量有限元模拟软件DYNAFORM计算结果的比较,验证了采用提出的多步连续拉伸本构关系模型可以有效地反映变形历史的影响,获得更加接近实际的应力分布.     

移动边界问题的时空域正则区域迭代配点法

考虑热传导方程的移动边界问题,其定解区域随着时间而变化。构造一种时空域上的高精度数值算法求解1+1维移动边界问题。在时空域上假设一个初始移动边界位置,构成移动边界问题的不规则计算区域,选择一个适当的正则区域（矩形区域）完全覆盖所计算的不规则区域,在正则区域上利用移动边界约束条件和固定边界条件,采用时空域重心插值配点法求解1+1维扩散方程,得到正则区域上扩散方程数据。采用二维重心插值计算假设移动边界上函数关于时间偏导数的数值,进而利用一维重心插值配点法求解移动界面控制常微分方程,得到新的假设移动界面位置。重复上述流程,最终得到问题的数值解和移动界面的最终位置。通过典型数值算例验证所建立的数值方法的有效性和数值计算精度。     

多边形有限单元形函数的比较研究

多边形有限单元形函数有wachspress插值、Laplace插值和平均值插值三种类型.本文对三种多边形有限单元形函数的性质作了比较研究,给出了三种形函数各自的优点和局限性.Waclaspress和Laplace形函数是有理函数形式,而平均值形函数是无理函数形式.三种形函数均满足单位分解性、线性完备性,且在单元边界上呈线性.在三角形单元上,它们都等价于三角形面积坐标插值.在矩形单元上,Wachspress和Laplace形函数等价于双线性多项式插值形函数.Wachspress和平均值形函数适用于任意凸多边形单元,Laplace形函数更适用于圆内接多边形单元.Wachspress形函数不能推广到含有边节点的单元,平均值形函数可以直接推广到含有边节点的单元.数值试验,验证了本文理论分析的结论.     

求解弹性力学问题的有理单元法

传统的位移有限元法采用多项式形式的位移试函数,对于边数大于4的多边形单元,构造满足单元间协调性要求的多项式形式位移插值函数是一件困难的工作。本文利用逆距离权插值的思想并考虑到单元节点的分布,建立了边数大于4多边形单元上的有理函数形式的形函数。利用有理试函数,采用Galerkin法推导出求解平面弹性力学问题的有理单元法。采用有理单元法求解弹性力学问题,求解区域根据需要可以划分为任意多边形单元,极大地提高了网格划分的灵活性。有理单元法不依赖等参变换,不同单元的形函数表达形式统一,方便计算程序的编写。     

奇异源项问题的重心插值数值解

点源热传导问题和集中力作用梁变形问题的数学模型中,源项为奇异的Delta函数.采用数值稳定性好的重心型插值近似未知函数,利用Delta函数与Heaviside函数的导数关系以及Delta函数的积分筛选性,建立求解含有奇异源项问题的重心插值配点法和重心插值Galerkin法.通过数值算例比较两个方法的有效性和计算精度.     

Delaunay多边形单元的有理函数插值格式

本文提出了基于Delaunay多边形化的多边形单元有理函数插值格式。给出了Delaunay多边形化的概念和Delaunay多边形单元有理函数插值形函数的计算表达式。与Delaunay三角化网格不同，Delaunay多边形化网格形成对区域的唯一剖分。Delaunay多边形单元有理函数插值是以Delaunay多边形的顶点作为插值点，构造的有理函数形式插值。Delaunay多边形单元有理函数插值克服了有限元方法中难以构造边数大于4单元多项式形式位移插值的困难。有理函数插值形函数在多边形单元的内部是无穷次光滑的，在多边形的边界上是线性的。在三角形单元和矩形单元上，有理函数插值分别等价于有限元的三角形面积坐标插值和四边形双线性插值。给出了Delaunay多边形有理函数插值在圆域温度分布插值近似中的两个算例。     

凸域上温度分布的有理插值近似

构造出凸多边形上的一个新型有理插值,并将其推广到含有边节点的情况.给出了多边形上有理函数插值形函数的计算表达式.利用构造出的多边形有理插值,采用凸多边形逼近任意凸域,通过区域边界温度离散值,插值近似区域内的温度场分布.给出了圆形区域和正方形区域温度分布插值近似的算例.与现有的插值方法相比,具有程序实现简单、精度高等优点.     

多边形有限元研究进展

有限元法是数值求解偏微分方程边值问题的重要方法, 采用 不规则多边形单元网格, 可以方便有效地模拟材料的力学性能, 又使得区域网格剖分变得灵 活方便. 特别是对于复杂的几何形状, 多边形单元网格具有更大的优势. 本文对国内外有关 多边形有限元法的最新进展作了初步的总结和评述, 主要以基于位移法的多边形有限元为主. 论述了多边形有限元的发展历史, 给出了多边形单元上的Wachspress插值、Laplace插值和 重心坐标的一些最新研究成果. 与经典有限元法形函数为多项式形式不同, 多边形单元的形 函数为有理函数或者无理函数形式. 多边形单元插值形函数满足线性完备性, 可以再现线性 位移场, 像经典有限元法一样直接施加本质边界条件; 插值函数在多边形的边界上是线性的, 确保不同单元间的自动协调. 不同单元的插值形函数表达公式形式统一, 方便混合单元网格 计算的程序编写. 提出了多边形有限元法今后需要研究的问题.