非协调和杂交有限元的理论和应用——纪念恩师吴长春教授

本纪念文介绍了吴长春教授在计算力学领域的主要学术贡献, 重点介绍了他在非协调和杂交有限元的理论和应用方面的开创性工作, 他发展的构造非协调插值函数的一般公式以及杂交应力元优化方法至今仍是发展高性能有限元的重要工具, 经常被同行引用.      

非线性有限元分析的非协调模式及存在的问题

利用非协调模式提高非线性有限元分析广泛采用的低阶单元的精度和性能,是国际计算力学界研究的热点和难点.阐述了国际上在非线性有限元分析中已广泛采用的增广假设应变法方法(the enhanced assumed strain, EAS)的基本原理,详细讨论了非协调模式用于非线性有限元分析保证收敛、稳定的条件及增广假设应变场插值函数的构造方法.介绍了国内学者关于几何非线性非协调模式的研究方法和研究成果: (1)从Hellinger-Reissner广义变分原理出发,提出了几何非线性非协调模式的收敛条件,并采用非线性计算的若干简化措施建立几何非线性非协调元的简化模型;(2)一类放松单元间协调要求的非线性广义变分原理,对几何非线性问题可以选择事先无协调约束的非协调函数建立非协调元,收敛性可以保证,并根据此非线性广义变分原理可建立C$^1$或C$^0$类几何非线性广义杂交元,C$^1$或C$^0$类精化杂交元和精化直接刚度法.指出了EAS方法用于非线性有限元分析存在的问题,即本构关系和求解方法的限制,并对非协调元应用于非线性有限元分析提出了展望.      

关于非协调位移元与广义杂交元的等价性的进一步研究

本文通过定义非协调位移元的单元特性函数,提出了一种建立非协调元与广义杂交元之间的等价关系的一般方法,进一步证明了两种有限元模型之间存在强等价性,为两种单元模型的构造提供了相互借鉴的理论依据和有效的准则。     

基于Cosserat理论的广义协调元法

首次将广义协调元理论与Cosserat理论相结合,构造了一个基于Cosserat理论的平面四节点广义协调等参元。依据常应力与线性应力下的广义协调条件,推导了广义协调位移,进而得到有限元列式。利用广义协调元,一方面克服了协调元过于刚硬的缺点,另一方面消除了非协调元不一定收敛的弱点。分析了带有圆孔的应力集中问题,可以看出,...     

基于Hellinger-Reissner变分原理的应变梯度杂交元设计

从一般的偶应力理论出发,基于Hellinger-Reissner变分原理,通过对有限元 离散体系的位移试解引入非协调位移函数,得到了偶应力理论下有限元离散系统的能量相容 条件,并由此建立了应变梯度杂交元的应力函数优化条件. 根据该优化条件,构造了一 个C0类的平面4节点梯度杂交元,数值结果表明,该单元对可压缩和不可压缩状态的 梯度材料均可给出合理的数值结果,再现材料的尺度效应.     

弹塑性杂交/混合有限元法与实施

本文提出两种结构弹塑性分析的有限元方法——杂交/混合非协调元法。该法采用场变量分解,文[1]对增量形式的杂交应力元能量泛函进行修正,简化了高阶矩阵的求逆运算,从而提高了多变量非线性有限元分析的计算效率和收敛精度。文中按文[2]给出的第二种能量泛函的修正形式建立了弹塑性平面问题中的杂交/混合非协调四边形单元。最后给出算例,并与实验解及文[3]解进行比较。表明该方法分解弹塑性问题是十分有效的。     

翁智远编著的《结构振动理论》评介

翁智远教授编著的《结构振动理论》一书最近已由同济大学出版社出版。作者长期以来,一直在同济大学结构理论研究所从事弹性理论和板壳力学等方面的教学和科研工作,这本专著就是在此基础上经过提炼、加工和反复修改而成的。该书内容丰富、推理严谨、论述细腻、语言流畅、富有特色。全书除概论以外,共有四章。第一章全面介绍了有限自由度弹性系统振动的基本原理、分析方法和主要特性,第二章系统论述了一维连续弹性体系——杆和杆系振动的常用分析方法;第三章详细研究了薄板和厚板的各类动     

结构分析中的退化壳有限元方法

本文评述了退化壳有限元的现状和发展．首先简要介绍了平板壳有限元和以壳体理论为基础的曲壳有限元,接着介绍了单变量（位移型）退化壳有限元的研究现状,最后介绍了多变量（杂交、混合、拟协调和杂交／混合型）壳有限元．      

粘性流体动力学有限元变分原理

本文把建立有限元变分原理的一种新方法“N>2直接方法”从固体力学推广到流体力学,并用该方法把粘性流体动力学的广义功率消耗原理和广义变分原理发展成为有限元变分原理。还在论证中发现,相邻有限元交界面上的应力协调条件会自然地满足而无需引进任何拉民乘子。本文还建立了混合杂交非协调元的变分原理和广义变分原理,它解除了全部协调性约束条件和其它的边界性约束条件,但是并不增加待定的拉氏乘子,因此使有限元计算得到简化。本文结果可以作为粘性流体动力学有限元计算的基础定理。     

复合材料尖劈和接头端部奇性场的反平面问题研究

提出了一个基于位移的分析尖劈端部奇性位移场和应力场反平面问题的非协调元特征法．该方法与过去原有求解裂纹尖端近似场的有限元特征法有几点不同：(1)导出虚功原理的出发点为二维扇区的散度原理;(2)有限元的单元形式为非协调元;(3)尖劈端部邻域内的位移场假定没有采用奇异变换技术．运用该方法给出了求解正交各向异性复合材料尖劈端部附近奇性应力指数、奇性位移和应力角分布函数的算例．计算结果表明,该方法较原来的有限元特征法所用的单元少而且精度高．