有限元计算中疏密网格过渡方法研究

工程计算中出于节省计算量的目的,往往需要在一个有限元模型中布置粗细不同的网格。为保证计算结果的准确性,必须保证网格突变情况下的位移协调问题。本文工作之一是在强天驰界面过渡单元的基础上,引入虚拟节点和子单元,在子单元中应用节理元思想,提出了基于最小势能原理的弹簧节理单元法。简化了积分运算,避免了精度要求极高的坐标转换,从而提高了方法的精度和实用性;二是提出了基于位移约束的主从自由度法,简便实用,只需简单的矩阵运算即可实现。两种方法均实现了不同尺寸网格间位移的协调性和刚度的匹配,从而使之满足有限元收敛准则,且生成的刚度阵具有对称性及带状性。算例证明两种方法精度良好,并可方便地应用于求解大规模工程问题。     

板结构计算模型的新发展

现代复合材料层合板具有高强和轻型的突出优点，从而在军工和民用等诸多领域发挥着重要作用。这种板结构的特点是随着纤维走向的不同，层间材料的物理-力学特性发生剧烈变化。沿板厚方向变形的梯度比较陡峭，并在层间结合面处发生强不连续，呈现zig-zag （锯齿状）现象。这导致横向剪应变在板的静态和动态响应中发生重要作用，不计横向变形的经典组合板计算模型CLPT难以适应现代多层板计算分析的需要。考虑横向剪切变形影响的板的计算模型得到重视和发展。需要指出，现有各种考虑剪切变形影响的计算模型虽然有了很大的发展，但在全面和准确性上仍然存在一定的不足，难以适应现代多层组合板横向力和物理性能多变的情况。模型预测的沿板厚方向位移和应力的变化规律难以通过严格的检验。本文提出的以比例边界有限元为基础的正交各向异性板的数值计算模型，同时可适用于各种薄板与厚板的分析，对现代复合材料层合板的分析具有特殊的优越性。所得到的板的位移、正应力和剪应力沿板厚方向的变化，与三维弹性理论的标准解高度吻合。数值算例进一步表明，随着层间纤维走向的变化，板内位移场和应力场沿板厚方向剧烈变化所呈现的锯齿现象均可以精准地进行模拟。据此，本文建议方法对现代板分析的广泛适应性和高度准确性得到了充分论证。     

基于Hamilton体系的弹性力学问题的比例边界有限元方法

比例边界有限元方法是求解偏微分方程的一种半解析半数值解法。对于弹性力学问题,可采用基于力学相似性、基于比例坐标相似变换的加权余量法和虚功原理得到以位移为未知量的系统控制方程,属于Lagrange体系。但在求解时,又引入了表面力为未知量,控制方程属于Hamilton体系。因而,本文提出在比例边界有限元离散方法的基础上,利...     

基于滑动Kriging插值的MLPG法求解结构非耦合热应力问题

将基于滑动Kriging插值的无网格局部Petrov-Galerkin(MLPG)法用来求解二维结构非耦合热应力问题,首先进行瞬态热传导的求解,然后再通过顺序耦合法将不同时刻节点温度作为附加体力项施加到应力分析中.瞬态温度场和非耦合热应力分析通过加权余量法来离散,同时用Heaviside分段函数作为局部弱形式的权函数.由于滑动Kriging插值构造的形函数满足Kroneckerδ函数的性质,因此方便了本质边界条件的施加.刚度矩阵形成过程中只涉及到边界积分而没有涉及到区域积分,因此可以减少计算工作量,最后通过两个数值算例来验证本文方法的有效性.     

密度矩阵重正化群的异构并行优化

密度矩阵重正化群方法（DMRG）在求解一维强关联格点模型的基态时可以获得较高的精度,在应用于二维或准二维问题时,要达到类似的精度通常需要较大的计算量与存储空间.本文提出一种新的DMRG异构并行策略,可以同时发挥计算机中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）的计算性能.针对最耗时的哈密顿量对角化部分,实现了数据的分布式存储,并且给出了CPU和GPU之间的负载平衡策略.以费米Hubbard模型为例,测试了异构并行程序在不同DMRG保留状态数下的运行表现,并给出了相应的性能基准.应用于4腿梯子时,观测到了高温超导中常见的电荷密度条纹,此时保留状态数达到10⁴,使用的GPU显存小于12 GB.     

摩擦接触问题的比例边界等几何B可微方程组方法

摩擦接触问题是计算力学领域最具挑战性的问题之一,接触系统的泛函具有非线性、非光滑的特点,导致接触算法的收敛性与精确性难以保证.因此将比例边界等几何分析(scaled boundary isogeometric analysis,SBIGA)与B可微方程组(B dierential equation,BDE)相结合,提出了求解二维摩擦接触问题的比例边界等几何B可微方程组方法.在比例边界等几何坐标变换的基础上,通过虚功原理推导了关于边界控制点变量的接触平衡方程,表示成B可微方程组形式的接触条件可被严格满足,求解B可微方程组的算法的收敛性有理论保证.此比例边界等几何B可微方程组方法(SBIGA-BDE)只需在接触体边界进行等几何离散,使问题降低一维,能精确描述接触边界,并可通过节点插入算法进行真实接触区域的识别.此外,由于几何建模和数值分析使用相同的基函数,节约了划分网格的时间.以赫兹接触问题和悬臂梁摩擦接触问题为例,通过与解析解及数值计算软件ANSYS计算结果进行对比,验证了该方法求解二维摩擦接触问题的有效性及高精度等特点.      

板结构计算模型的新发展

现代复合材料层合板具有高强和轻型的突出优点,从而在军工和民用等诸多领域发挥着重要作用。这种板结构的特点是随着纤维走向的不同,层间材料的物理-力学特性发生剧烈变化。沿板厚方向变形的梯度比较陡峭,并在层间结合面处发生强不连续,呈现zig-zag(锯齿状)现象。这导致横向剪应变在板的静态和动态响应中发生重要作用,不计横向变形的经典组合板计算模型CLPT难以适应现代多层板计算分析的需要。考虑横向剪切变形影响的板的计算模型得到重视和发展。需要指出,现有各种考虑剪切变形影响的计算模型虽然有了很大的发展,但在全面和准确性上仍然存在一定的不足,难以适应现代多层组合板横向力和物理性能多变的情况。模型预测的沿板厚方向位移和应力的变化规律难以通过严格的检验。本文提出的以比例边界有限元为基础的正交各向异性板的数值计算模型,同时可适用于各种薄板与厚板的分析,对现代复合材料层合板的分析具有特殊的优越性。所得到的板的位移、正应力和剪应力沿板厚方向的变化,与三维弹性理论的标准解高度吻合。数值算例进一步表明,随着层间纤维走向的变化,板内位移场和应力场沿板厚方向剧烈变化所呈现的锯齿现象均可以精准地进行模拟。据此,本文建议方法对现代板分析的广泛适应性和高度准确性得到了充分论证。     

半无限弹性空间域内点加振格林函数的计算

本文给出了满足全部自由面边界条件的半无限弹性空间域内点加振的Ｇｒｅｅｎ函数，利用变形的Ｈａｎｋｅｌ函数，在复数域内进行无限积分的有限化，从而使Ｇｒｅｅｎ函数的计算变得比较简单和方便。     

单向恒定侧压下混凝土动态抗压特性试验研究

利用大连理工大学自行研制、改造的大型液压伺服混凝土静动三轴试验系统对立方体试件进行一向恒定侧压的动态压缩试验。完成了四个侧向恒定压力等级的试验,应变速率变化范围为10-5~10-2 s-1。探讨了不同应变速率以及不同恒定侧压条件下混凝土强度与变形的变化规律。以试验数据为基础,在八面体应力空间中建立了适用于单向恒定侧压条件下混凝土双轴动态破坏的强度公式,为大坝、海上采油平台等大型混凝土结构的抗震安全分析提供了参考。     

一种基于关联表的推理方法

为了研制拱坝设计专家系统,笔者曾提出一种新的知识表示方法,即关联表,用于方案生成和方案修改。本文讨论对关联表的具体推理实现,包括与其它知识表示方法的联合推理。