工程结构有限元模型化知识系统

有限元模型比知识的获取和形式化是有限元模型化专家系统建立的核心。本文以信息论为工具,在总结大量工程经验和理论研究成果的基础上,建立了工程结构模型化知识系统,它分为两个层次,一是复杂结构模型化,二是简单结构模型化。后者是前者的基础,包括力学模型化、有限元模型化和网络生成三部分。这些知识均已溶人了作者开发的专家系统之中。     

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 阐述两种典型的计算机代数系统(CASes)------Matlab和Maple在基础 力学课程与有限元课程教学中的一些应用. CASes可以方便地将力学教学和有限元计算过程 中的模型建立、推理及其数值计算等进行演示和计算，为基础力学和有限元课程教学提供 了新的手段和途径.     

基于知识的结构分析系统

本文扼要分析了以有限元方法为基础的结构分析软件及其辅助系统─—智能化前端系统和模型化系统；然后结合黑板结构和真值维护系统，建立了一个综合模型化、数值求解和对数值结果的解释评价于一体的、基于知识的新型结构分析系统的概念模型；最后，基于有限元软件环境──ＳＥＦＥＭ，针对一类简单的结构系统，用语言实现了一个上述模型的简化系统──ＫＢｓＡＰ。     

基于知识的结构分析系统

本文扼要分析了以有限元方法为基础的结构分析软件及其辅助系统－智能化前端系统和模型化系统；然后结合黑板结构和真值维护系统，建立了一个综合模型化，数值求解和对数值结构的解释评价于一体的，基于知识的新型结构分析系统的概念模型；最后，基于有限元软件环境－ＳＥＦＥＭ，针对一类简单的结构系统，用Ｃ＾＋＋语言实现了一个上述模型的简化系统－ＫＢＳＡＰ。     

混合专家系统及其在有限元模型化中的应用

本文结合传统专家系统和人工神经网络的优势建立了混合专家系统模型，并在此基础上建立了“飞机结构机身框有限元模型化专家系统”，能够自动地实现机身框一类结构的有限元模型化，本文采用人工神经网络解决结构类型的分类和识别、采用知识系统解决单元自动选取都取得了良好的效果。     

层间剪切带工程地质专家系统知识模型的建立

层间剪切带工程地质专家系统是一个专门对层间剪切带工程地质问题进行研究和评价的实用型专家系统。本文介绍了为研制该系统而建立起来的领域知识结构模型, 该知识模型是在总结、归纳该领域三位著名专家的知识和经验的基础上建立起来的, 是专家系统知识表达及推理策略的基础。     

半潜式钻井平台管道钢构支架极限强度研究

钢构支架是半潜式钻井平台管道支吊架的主要类型之一,钢构支架的极限强度是管道系统正常工作的重要保障。研究结构极限强度的方法有理论分析、有限元数值仿真和实验分析。在分析极限理论的基础上由静力法计算四种钢构支架试件的极限载荷;利用MSC软件对试件极限载荷进行数值仿真分析,并对有限元模型化技术进行讨论;对试件进行实验极限载荷测试,对比分析了三种方法测得的极限载荷。结果表明,三种分析方法计算得到结构的极限载荷基本一致,对于结构形式较为简单的结构通过理论分析可以得到简化解析解析解;数值仿真分析中采用合理的有限元模型化技术(结构有限元模型、边界、约束等)可得到精度较高的计算结果。     

UH模型切线刚度矩阵对称化及其应用

分析了目前常用的几种土的本构模型三维化方法以及变换应力方法的优势. 详细分析了用变换应力三维化本构模型非关联流动的本质, 针对因采用非关联流动法则而带来的本构模型切线刚度矩阵的非对称性, 建立了本构模型切线刚度矩阵的对称化方法. 将此方法应用于UH模型并进行了有限元分析, 进行了三轴伸长试验有限元分析. 通过以上分析比较发现, 切线刚度矩阵对称化方法能够明显改善有限元分析的收敛性, 缩短分析时间, 有着非常好的应用前景.      

考虑不确定性因素的有限元屈曲模型验证

研究了考虑不确定性因素的有限元屈曲模型验证和确认方法,提出了不确定参数选择的相关性和敏度分析方法以及基于面积度量的模型评估方法.针对化铣整体壁板,开展了有限元屈曲模型验证研究,首先利用8件试验件,获得了壁板屈曲载荷的试验值,然后依据试验加载情况,建立了考虑试验台的壁板有限元模型,最后利用面积度量方法对有限元模型进行了验证和确认.本文的模型验证和确认方法可为其他工程结构开展类似的工作提供借鉴.     

有限元离散模型中的出平面波动

采用分离变量技术,将二维出平面(Anti-Plane)波动问题的有限元运动方程化为两个联立的一维方程,获得了这一离散模型中波动的解析解,由此对有限元离散模型中出平面波动问题进行了深入的研究。分析了出平面弹性波的频散、截止频率、寄生振荡和有限元离散化引起的波传播的附加的各向异性性质等,同时讨论了时域离散化对出平面波动规律的影响。     

基于细观力学方法的底部充填封装芯片接合层的热应力计算

底部充填是一种用来提高电子产品在恶劣环境下工作的稳定性及可靠性的技术,是电子制造产业的常用方法．本文基于细观力学方法建立了计算底部充填封装芯片热应力的方法．针对底部充填封装芯片焊锡-充填物接合层的结构特点,我们建立了接合层的均一化模型,并从理论上推导了接合层的等效弹性常数、热膨胀系数和导热系数．运用该均一化模型,我们对封装芯片工作产热导致的热传导和热应力问题进行了有限元数值模拟,计算的结果与接合层未均一化的模型具有较好的一致性,而计算效率极大提高,显示了该方法在计算底部充填封装芯片热应力方面的可行性．     

横截面参数化网格变形算法及耐撞性优化应用

薄壁梁结构是汽车等运载工具的主要承载构件,提高该类结构的耐撞性对乘员安全具有重要意义。然而,形状优化设计要求多组有限元模型与仿真分析,因此需要特定的建模技术或人工交互。本文提出了一种基于横截面形状的参数化网格变形方法,以实现已有有限元模型的有效重用。以给定有限元模型为输入,采用基于各向异性径向基函数网格变形方法,并结合骨架内嵌空间,可快速生成适用于仿真分析的有限元模型变体。以S形梁轴向冲击耐撞性设计为例,采用所提方法改变构件塑性铰区域的横截面形状,可快速（低于4 s）获取100组局部变形有限元模型,并采用代理模型技术和多目标遗传算法优化结构耐撞性。数值结果显示,构件耐撞性获显著提高,验证了所提参数化变形方法的有效性,展示了与一般形状优化框架的可集成性。     

横截面参数化网格变形算法及耐撞性优化应用

薄壁梁结构是汽车等运载工具的主要承载构件,提高该类结构的耐撞性对乘员安全具有重要意义。然而,形状优化设计要求多组有限元模型与仿真分析,因此需要特定的建模技术或人工交互。本文提出了一种基于横截面形状的参数化网格变形方法,以实现已有有限元模型的有效重用。以给定有限元模型为输入,采用基于各向异性径向基函数网格变形方法,并结合骨架内嵌空间,可快速生成适用于仿真分析的有限元模型变体。以S形梁轴向冲击耐撞性设计为例,采用所提方法改变构件塑性铰区域的横截面形状,可快速(低于4 s)获取100组局部变形有限元模型,并采用代理模型技术和多目标遗传算法优化结构耐撞性。数值结果显示,构件耐撞性获显著提高,验证了所提参数化变形方法的有效性,展示了与一般形状优化框架的可集成性。     

激光陀螺抖动系统振动特性的有限元分析

建立了激光陀螺抖动系统的三维有限元模型,对其振动特性进行了模态分析,并对该系统进行了模态实验测量,最后将模态分析的结果和实验测量结果进行了对比。对比结果表明,所建立的有限元模型合理,分析结果可靠,对该系统的改进设计具有重要意义。     

旋转运动柔性梁的假设模态方法研究

采用假设模态法对旋转运动柔性梁的动力特性进行研究，给出简化的控制模型. 首先采用Hamilton原理和假设模态离散化方法，在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下，推导出基于柔性梁变形位移场一阶完备的一次近似耦合模型，然后对该模型进行简化，忽略柔性梁纵向变形的影响，给出一次近似简化模型，最后将采用假设模态离散化方法的结果与采用有限元离散化方法的结果进行了对比研究. 研究中考虑了两种情况：非惯性系下的动力特性研究和系统大范围运动为未知的动力特性研究. 研究结果显示，当系统大范围运动为高速时，在假设模态离散化方法中应增加模态数目，较少的模态数目将导致较大误差. 一次近似简化模型能够较好地反映出系统的动力学行为，可用于主动控制设计的研究.     

基于应变梯度的损伤局部化研究及应用

提出一种包含应变梯度项的损伤力学模型，并将其应用于材料的局部化损伤模拟预测中。有限元实现中使用C1连续高精度单元以保证包含应变梯度的影响。简单规则矩形网格情况下将结点处有限差分应变梯度结果与有限元方法结合，可避免对传统有限元程序作较大改动，同时能在不降低精度情况下提高计算效率。计算表明该梯度损伤模型可较好避免有限元在局部化模拟时的网格依赖性，预测出的局部化损伤与实际破坏情况非常相近。     

带有N条叶片的轮盘耦合系统的主模态分析——C_(NV)群上对称结构的模态综合

本文应用模综法,结合群表示论,对C_(NV)群上对称的轮盘-叶片系统,提出其基本模态和亚优势模态的一种有效算法。我们用2结点12个自由度的环形超参元和8结点40个自由度的厚壳超参元,分别地离散化轮盘和叶片,这样的有限元模型完全适用于各种真实的盘-叶系统。试件的实测与数值结果间的良好一致性,证实作者的方法是经济而可靠的,并有助于在C_N群上的对称系统中推广模态综合法。     

面向超大规模有限元计算的通用可视化系统SiPESC.POST的设计与实现

针对有限元计算规模日益增大,应用领域不断扩展的设计需求,设计并实现了具有开放性的通用可视化系统,目标是面向百万/千万节点以上的超大规模有限元的计算可视化。在软件框架设计方面,引入流式体系结构,该体系结构具有高效计算和高效通信特性,满足大规模数据处理需求。在软件实现方面,采用工厂方法设计模式和插件技术,提高了系统的可扩展性和灵活性。设计并实现了有限元模型、渲染器和过滤器等模块。在大规模数据可视化方面,提出模型数据、结果数据的设计方案和管理机制,并采用VBO和分批载入技术,实现了超大规模模型的实时显示功能。通过多个模型实例展示了该系统的可行性与优越性。     

冲击载荷下钨合金圆台试件绝热剪切变形局部化的数值模

采用有限元计算编码ABAQUS模拟了钨合金圆台试件在冲击载荷下的变形和剪切局部化行为。计算采用二维轴对称应变条件下的绝热模型。钨合金的本构方程采用热粘塑性形式的Johnson Cook模型。为了得到不同尺度的变形信息 ,计算中用了两种网格 ;先用粗糙网格分析试件变形局部化的概貌 ;接着 ,用细密网格 (在变形局部化区域 ,网格尺寸达到 10 m)分析绝热剪切带的形成和发展。有限元模拟得到的绝热剪切带位置和方向与实验一致。计算结果表明 ,绝热剪切带的形成和发展与试件的应力状态密切相关。     

基于案例推理方法在惯性导航故障诊断专家系统的应用

以测量船惯性导航系统为例,为解决其故障诊断专家系统知识瓶颈问题,特别是突发、原因不详的故障,利用专家知识和以往的工作经验积累,在故障诊断专家系统中融入了基于案例的推理方法。这种推理方法把知识获取简化为领域内经验知识的收集,并以此为基础构造案例库;把基于规则的推理转化为基于案例推理,即在案例库中检索相似的经验知识。采用基于案例推理的方法,可以简化知识获取的过程,求解效率高、质量高,具有持续的学习能力,能有效提高故障诊断系统的智能化程度。文中重点介绍了构建该故障诊断专家系统的案例知识表示方法、案例的索引和检索算法等关键技术。