多变量载荷作用下的结构非线性稳定分析

本文从有限元基本平衡方程出发,首先导出了结构非线性稳定性分析的一般方程,在此基础上给出了一个既简单但又明瞭的临界点类型判别准则。其次,作者引用 Koiter 的渐近分析基本思想,给出了一个用有限元平衡方程形式表达的初始后临界分析的近似方程式。使用这一公式,一方面我们能判断结构在后临界状态的特性(如稳定或不稳定);另一方面我们也能把它作为在临界点处的一个有限元增量解,从而可避免在临界点处一般由于切线刚度矩阵奇异而产生的迭代收敛缓慢或发散。最后,作为本文所建议方法的应用,也给出了二个简单的分析算例。     

多种冲击载荷条件下的人体肋骨骨折有限元分析

旨在研究不同碰撞载荷条件下基于不同失效模型的人体肋骨骨折机理. 为此采用已验证的人体有限元胸部模型来分析人体肋骨骨折现象. 该模型基于人体解剖学结构,包含了人体胸椎、腰椎、肋骨、胸骨、肋间软骨、胸腹部器官和其他的软组织,定义的生物材料参数都基于已有的文献记载. 基于人体在损伤生物力学领域内一些较为典型的肋骨骨折失效模型,根据已发表文献中的人体标本实验载荷条件模拟了人体肋骨结构在不同冲击载荷下的骨折现象,并与这些实验结果进行了对比分析. 所引用的实验结果包括单根肋骨强度结构实验和人体胸部正面碰撞块冲击实验. 从文中有限元仿真分析的结果来看,针对不同的载荷条件,不同肋骨骨折失效模型的适用性各不相同. 该人体胸部有限元模型可用于车辆交通事故中冲击载荷条件下的人体肋骨损伤生物力学研究.      

单轴拉伸条件下脆性岩石微裂纹损伤模型研究

利用断裂力学、损伤力学和均匀化原理,对脆性岩石单轴拉伸条件下的力学特性进行分析,建立了脆性岩石的微裂纹损伤本构模型.首先对岩石内部微裂纹的统计分布规律进行分析,给出了理论分析过程中微裂纹分布的假设条件,在此基础上,参考已有研究成果,得到含细长微裂纹脆性岩石有效弹性参数的计算公式.然后,对岩石内部单一微裂纹进行断裂力学和损伤力学分析,得到了扩展裂纹尖端的应力强度因子计算公式,在一定微裂纹断裂扩展准则和断裂扩展速率的假设基础上,利用积分原理,得到了岩石整体的损伤变量和损伤演化方程,由此建立单轴拉伸条件下脆性岩石的微裂纹损伤本构模型.最后,通过一花岗岩的单轴拉伸试验结果对微裂纹损伤本构模型进行了验证.     

多孔金属夹层板在冲击载荷作用下的动态响应

借助两种有限元软件ABAQUS和LS_DYNA, 模拟和分析了两种厚度不同的泡沫铝合金夹层板(三明治板)、方孔蜂窝形夹层板和波纹形夹层板在冲击载荷下的动态响应. 4种夹层板的单位面积密度相同,冲击载荷分别用泡沫铝子弹与不锈钢子弹模拟. 讨论了泡沫金属夹层板和格构式夹层板在不同冲击载荷作用下的变形机制,重点在于对夹层板的吸能特性及板内各部分吸能变化规律的探讨.研究结果表明: 在泡沫子弹冲击下,夹层板主要是通过自身变形来消耗子弹动能,并转化为自身内能. 厚度为22\,mm的泡沫金属夹层板吸收能量最多,底面变形最小,是结构性能最优的夹层板;在刚性子弹高速冲击穿透过程中,格构式夹层板的吸能性能比单位面积密度相同的泡沫金属夹层板的吸能性能更好. 波纹形夹层板的能量吸收能力在4种板中最高.      

BUCKLING ANALYSIS UNDER COMBINED LOADING OF THIN-WALLED PLATE ASSEMBLIES USING BUBBLE FUNCTIONS

Bubble functions are finite element modes that are zero on the boundary of the element but nonzero at the other point. The present paper adds bubble functions to the ordinary Complex Finite Strip Method(CFSM) to calculate the elastic local buckling stress of plates and plate assemblies. The results indicate that the use of bubble functions greatly improves the convergence of the Finite Strip Method(FSM) in terms of strip subdivision, and leads to much smaller storage required for the structure stiffness and stability matrices. Numerical examples are given, including plates and plate structures subjected to a combination of longitudinal and transverse compression, bending and shear. This study illustrates the power of bubble functions in solving stability problems of plates and plate structures. The work was partly supported by the Natural Science Foundation of Jiangxi Province of China and by the Basic Theory Research Foundation of Nanchang University.     

准静态条件下金属材料的临界断裂准则研究

本文针对9种金属材料完成了具有不同约束程度的10类试样的延性断裂试验, 获得了发生拉、压、扭和裂尖断裂等破坏形式构型试样的载荷-位移试验关系; 基于圆棒漏斗试样拉伸试验所得直至破坏的载荷-位移曲线, 采用有限元辅助试验(finite-element-analysis aided testing, FAT)方法得到了9种材料直至破坏的全程等效应力-应变曲线, 以此作为材料本构关系通过有限元分析获得了各类试样直至临界破坏的载荷-位移关系模拟. 载荷-位移关系模拟结果与试验结果有较好的一致性, 表明用于解决试样颈缩问题的FAT方法所获得的全程材料本构关系针对各向同性材料具有真实性和普适性. 对应9种材料、10类试样的36 个载荷-位移临界断裂点, 通过有限元分析获得了对应的材料临界断裂应力、应变与临界应力三轴度, 研究表明, 第一主应力在延性变形过程中为主控断裂的主导参量; 通过研究光滑、缺口、裂纹等构型试样的断裂状态, 提出了$-1$至3范围的应力三轴度下由第一主应力主控的统一塑性临界断裂准则.      

撞击载荷下数字电子散斑离面位移的测试研究1）

采用瞬态光学图像采集技术，实现了动态数字散斑干涉（ＤＳＰＩ）．以周边固支圆板受法向撞击集中载荷为例，对其离面位移场进行了测试．实验值与动有限元计算结果比较，两者是比较接近的     

撞击载荷下数字电子散斑离面位移的测试研究1）

采用瞬态光学图像采集技术，实现了动态数字散斑干涉（ＤＳＰＩ）．以周边固支圆板受法向撞击集中载荷为例，对其离面位移场进行了测试．实验值与动有限元计算结果比较，两者是比较接近的     

偏压薄壁杆稳定计算的有限杆元法

根据能量原理,综合三次B样条函数、有限单元法和经典Vlasov薄壁杆理论的优点,提出偏压薄壁杆稳定计算的有限杆元法.推导和求解过程中,同时考虑了截面扭转、翘曲和杆中面上剪应变的影响,可适用求解常用边界条件,任意截面形状的薄壁杆特征值问题.与经典方法比较显示着该文计算方法的有效性.     

热机载荷作用下三维界面裂纹问题的权函数法分析

热机载荷共同作用下双材料和复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处,并且工程中实际遇到的裂纹大多数是三维裂纹.由于通用权函数仅仅与裂纹体的几何形状有关,与载荷、时间无关,因此在求解复杂冲击载荷下界面裂纹应力强度因子随时间的变化过程时,避免了反复的应力分析,计算效率得到提高.根据Betti互易原理,论文推导出三维界面裂纹问题通用权函数法的普遍表达式,并给出了热机载荷共同作用下三维界面Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型裂纹问题通用权函数法的有限元格式.通过与实例计算比较,表明此方法得到的结果可以达到满意的工程应用精度.     

轴压圆柱壳后屈曲的有限元分析

采用流动的曲线坐标建立了大位移下的样条曲壳元，利用它分析了轴压圆柱壳的后屈曲问题。一个跨越和求取分支点的技巧和对弧长法的一个改进在文中提出。计算所得的载荷－轴向缩短曲线较解析解更接近于实验结果，所得的后屈曲波形也和实验相当符合。     

金属杆锚固系统在瞬态激励下的动态响应

通过有限元软件MSC／NASTRAN，对金属杆锚固系统在瞬态激励下的动态响应进行数值模拟，并结合试验结果进行验证，得出瞬态敲击法只能找到锚固段上界面的固端反射，而无法识别出底端反射这一结论，最后提出解决此问题的导波方法，从而为最终解决金属杆锚固系统的无损检测问题提供一种有效途径．     

不同应力三维度条件下孔洞的演变及修正的Gurson模型

本文对含不同形状孔洞的幂硬化材料的圆柱体胞模型，运用控制宏观应力三维工的方法进行了有限元分析。计算结果表明：１．孔洞初始形状，应力三维度对孔洞的长大有重要影响；２．Ｇｕｓｏｎ模型对孔洞长大规律的描述是不准确的，不准确度与孔洞初始形状，应力三维度有关，修正后的Ｇｕｒｓｏｎ模型与有限元结果吻合较好；３．在低应力三维度区，孔洞以及形状改变为主，在高应力三维度区，孔洞以扩张为主；     

机床结构结合面静态特性研究与内聚力模拟

针对机床结构中的平面结合面,通过实验分析了结合面在均布面压作用下的结合面法向变形与平均压力的关系;将结合面表面简化为半圆弧和正弦曲线两种微观形貌,利用有限元方法模拟结合面的接触变形力学行为,计算结果显示半圆弧形貌接触分析结果与实验结果较为接近.从结合面作用的物理本质出发,将结合面的相互作用等效为内聚力效应,利用内聚力模型分析了结合面的静态力学行为;内聚力模型计算结果与实验结果吻合较好.     

轮胎有限元分析技术及其在轮胎结构优选中的应用

建立了一个轮胎结构有限元分析模型,考虑了轮胎变形的几何非线性、轮胎与地面和轮胎与轮辋的大变形非线性接触、轮胎材料的非均匀性、橡胶材料的不可压缩性和物理非线性及橡胶基复合材料的各向异性.此外,还探讨了这种轮胎有限元分析模型在轮胎结构优选中的应用.