扩展有限元法(XFEM)及其应用

扩展有限元法(extended finite element method, XFEM)是1999年提出的一种求解不连续力学问题的数值方法, 它继承了常规有限元法(CFEM) 的所有优点, 在模拟界面、裂纹生长、复杂流体等不连续问题时特别有效, 短短几年间得到 了快速发展与应用. XFEM与CFEM的最根本区别在于, 它所使用的网格与结构内部的几何或 物理界面无关, 从而克服了在诸如裂纹尖端等高应力和变形集中区进行高密度网格剖分所带 来的困难, 模拟裂纹生长时也无需对网格进行重新剖分. 重点介绍XFEM的基本原理、 实施步骤及应用实例等, 并进行必要的评述. 单位分解概念保证了XFEM的收敛, 基于此, XFEM 通过改进单元的形状函数使之包含问题不连续性的基本成分, 从而放松对网格密度的过分要 求. 水平集法是XFEM中常用的确定内部界面位置和跟踪其生长的数值技术, 任何内部界面 可用它的零水平集函数表示. 第2和第3节分别简要介绍单位分解法和水平集法; 第4节和第5节介绍XFEM的基本思想、详细实施步骤和若干应用实例, 同时修正了以往文 献中的一些不妥之处; 最后, 初步展望了该领域尚需进一步研究的课题.  

不同型面微孔对激光加工多孔端面机械密封性能的影响

考虑密封端面液膜中的空化现象,建立了激光加工多孔端面机械密封(LST-MS)的理论分析模型,应用有限元方法研究了矩形面、椭圆面、球缺面和抛物面等4种不同型面微孔LST-MS的密封特性参数,包括端面开启力、液膜刚度和摩擦扭矩等受微孔几何结构参数的影响规律,给出了上述LST-MS在最大液膜刚度条件下微孔的最优面积密度和最优深径比.结果表明,矩形型面微孔LST-MS拥有最佳的综合性能,研究结果具有较强的理论与工程应用价值.  

断裂过程的有限元模拟

讨论了材料断裂过程的有限元模拟技术。基于自适应有限元的一般原理，并针对多相材料的裂纹扩展的特点，提出了一种简化的高精度和高效率有限元网格的动态重新划分策略。裂纹被假设沿着单元之间的路径连续扩展，利用节点力释放技术生成新的裂纹自由表面，发展了一种可随裂尖连续移动的网格动态加密和释放方法。这种方法已在各种裂纹问题中得以实现与应用。  

有限元边坡稳定分析方法及其应用

本文介绍了一种基于有限元应力分析的边坡稳定评价方法，讨论了边坡稳定安全系数定义的物理意义，介绍了搜索最危险滑动面的广义数学规划命题和模式搜索方法，同时给出了该方法的计算结果与其它方法计算结果的对比算例以及该方法的应用实例。  

面向对象的有限元程序设计

本文按照面向对象的程序设计方法，遵循有限元分析的本质，采用Ｃ＋＋语言，建立了有关描述有限元模型的类，给出了类的描述和它的实现方法。相关的类和方法包括处理矩阵的类、节点类、单元类、材料类、形函数类等。据此编制了有限元分析的数值计算程序，并给出了一个实例。  

大跨度斜拉桥动力特性分析

本文提出一种计算大距度钢桁梁斜拉桥动力特性的方法。文中分别采用桁段有限单元、空间梁元、空间杆元计算斜拉桥中桁架，桥塔、拉索的刚度矩阵与质量矩阵，采用子空间迭代法求解特征方程，所得结果可供设计参考。  

板材成形的计算机辅助工程系统

板材成形同时包含大变形、（粘）塑性、接触、摩擦等多种非线性因素耦合，刊用有限元法在计算机上模拟出板材从坯件到成品的全过程并加以图形显示，进而研究影响成形的各种因素，可以为板材成形的设计和生产提供可靠依据．本文介绍板材成形的计算机辅助工程系统（简称ＣＡＥ系统）的组成，并对成形数值模拟中的有限元格式、接触与摩擦问题、拉伸筋的考虑方法以及回弹的计算方法做了简单介绍．  

基于单元的静力区间有限元法

在许多工程问题中 ,结构参数和荷载具有某种程度的误差或不确定性。若不将它们定量化或模型化加以考虑 ,就不能作出合理的分析和设计。考虑到有限元法在科学界和工程界的广泛应用 ,本文以连续梁结构为例 ,建立了基于单元的静力区间有限元法。为了说明本方法的有效性 ,本文给出了一个数值例子 ,并把所得结果与文献 [1 2 ]进行了比较。  

自适应有限元方法及其工程应用

自适应有限元方法是一种能通过自适应分析自动调整算法以改进求解过程的数值方法．它以常规有限元法为基础，以误差估计和自适应网格改进技术为核心，是一种效率高、可靠性高的计算方法．文中简要介绍并综述了自适应有限元方法的重要发展及应用情况．并对其发展前景作了概要的预测  

不同热解炭结构的炭／炭复合材料的摩擦特性

在MM-1000型摩擦磨损试验机上，对具有光滑层和粗糙层热解炭结构的2种炭／炭复合材料进行了模拟飞机正常着陆和中止起飞条件下的摩擦磨损性能试验，用扫描电子显微镜对其磨损表面形貌进行了观察分析．结果表明：具有粗糙层热解炭结构的炭／炭复合材料在不同能载条件下具有较高的摩擦系数，刹车力矩曲线较为平稳，磨损表面形成较为连续、致密的磨屑层；具有光滑层热解炭结构的炭／炭复合材料在正常着陆条件下刹车力矩曲线波动很大，磨损较小，摩损表面形成较为粗糙的磨屑层；随着能载水平的增加(中止起飞条件)，摩擦系数显著下降，氧化磨损质量损失明显增大，温升较高，磨损表面氧化严重．具有粗糙层热解炭结构的炭／炭复合材料的摩擦性能较优，尤其是其高能摩擦特性更优，适宜用作飞机刹车材料．