带有摩擦的单边接触大变形问题的研究(Ⅰ)——增量变分方程

本文以非线性连续体几何场论为基本理论和方法,建立了拖带坐标下弹塑性大变形增量变分方程的更一般表示式.给出了二维、三维连续体接触边界变化率公式,得到了变边界接触大变形增量变分公式和速率型变分不等式,为有限元计算求解带有摩擦弹塑性大变形接触问题提供了理论基础.     

折线强化弹塑性应力分析的有限元法

本文对材料的应力应变曲线用三段直线的折线拟合,按照弹塑性的简单加载理论,对以增量理论得出的完整应力应变关系进行简化,导出按位移求解的有限元的增量方程.其中弹塑性刚度矩阵可以从弹性刚度矩阵补充后得出,从而节省计算时间.根据von Mises屈服准则确定各次荷载的增量,引入迭代法进行求解,省去对弹塑性刚度矩阵的重复地三角分解,进一步减少计算时间.本文对于应用高次单元、偏离简单加载的荷载、卸载计算、曲线拟合以及荷载的估算问题,均作了说明.     

连续体力学中有限变形与转动的计算增量法

目前在非线性弹塑性力学计算中常用的经典非线性大变形理论由于内在的数学缺点,当变形量与转动很大时.往往误差达到不许可的程度.本文采用作者的有限变形力学理论表述了增量法.在作者与尚勇、谢和平联合研究的另二篇论文中,详细叙述这个新方法在工程中的应用,结果证明从微小变形过渡到大变形,计算结果总是可以满意地符合实验.     

反应堆压力容器密封环弹塑性分析

借助ANSYS的NLISO本构模型和接触算法对Inconel718合金O形环的压扁-回弹特性进行弹塑性有限元模拟。采用三维有限元模型,进行了O形环在螺栓预紧力、温度、压力作用下热弹塑性大变形的反应堆压力容器密封分析,真实而全面地考虑了各种载荷的施加。     

接触与大变形问题的光滑有限元分析

橡胶材料因具有良好的抗震、吸能作用,在实际工程中应用广泛.然而橡胶超弹性材料的碰撞属于强非线性问题,分析橡胶材料的接触碰撞和大变形问题对于提高装置的缓冲性能具有重要意义.光滑有限元法(smoothed finite element method, S-FEM)是一种弱形式的数值计算方法,相比于传统的有限元方法,光滑有限元法对网格的质量要求不高,允许单元在计算过程中发生较大的变形,且光滑域的构造比较灵活,在不增加自由度的前提下,可以达到较高的精度.在光滑有限元法的基础上,采用双势方法进行接触计算,以充分利用光滑有限元法计算大变形问题的优点和双势方法求解接触力的优势.通过与有限元软件MSC.Marc的数值结果对比,验证了该算法的准确性和能量守恒性,并且分析了摩擦因数对碰撞体的影响.     

基于剪切效应纤维梁单元的结构非线性有限元数值模拟

基于Euler-Bernoulli梁理论的经典纤维模型忽略了剪切变形给截面带来的影响,为了得到更加精确的梁单元模型,该文基于考虑剪切效应的纤维梁单元,根据Timoshenko梁理论,推导了该纤维梁单元的刚度矩阵,并结合弹塑性增量理论,同时考虑了几何非线性和材料非线性的双重影响,建立了压弯剪复杂应力状态下结构非线性有限元...     

基于S-R和分解定理的几何非线性问题的数值计算分析

为了探究几何非线性问题的数值求解方法,采用理论推导、MATLAB编程计算、有限元模拟相结合的方法,基于S-R和分解定理及更新拖带坐标描述法,运用插值型无单元Galerkin方法对几何非线性问题的增量变分方程进行了推导,并通过四点Gauss积分法和不动点迭代法对其进行求解.最后以平面悬臂梁的大变形问题为例进行求解计算,发现与ANSYS的计算结果拟合相似度很高,说明了所采用的几何非线性力学理论及数值计算方法的正确性和合理性,为求解几何非线性问题提供了一种新的依据.     

钢绞线丝间变形与感应加热效果数学模型的研究

根据Hertz(赫兹)接触理论结合钢绞线的结构特性推导了丝间变形的计算方法,采用该方法计算钢绞线感应加热过程中丝间接触面宽度的大小,为建立精确的钢绞线感应加热有限元模型提供了一种新方法.利用有限元分析法计算钢绞线感应加热温度值,得到不同电流密度和频率下的温度数据.通过对温度数据进行回归分析,采用平均相对误差来评价多个回归模型拟合程度的优劣,建立了感应加热效果的最优数学模型.该模型为应用经典控制理论实现钢绞线感应加热温度控制提供了理论依据.     

轴对称问题的对角线化—致质量矩阵和弹塑性撞击的动力有限元分析

本文找到了轴对称问题的三角圆环有限元的对角线化一致质量矩阵,从而克服了集总质量法的粗略随意性所引起的不安,以及一致质量法的非对角线项对计算工作带来的麻烦.本文也对弹塑性轴对称撞击问题提供了动力有限元分析计算的基础.     

大挠度钻柱强度分析的平衡微分方程法

对小井眼、大曲率井中钻柱强度问题,以井轴为基准轴,在对井轴弯挠描述和钻柱微段三维受力变形分析的基础上,建立大位移钻柱平衡微分方程,采用Longe-Kutta法解之求内力,并依此求应力和建立强度条件.对H767侧钻水平井施工中钻柱应力计算分析,结果说明与有限元模型和弹性化软绳模型比较相吻合,该模型比有限元模型计算简捷方便;比弹性化软绳模型更完善可信;该井钻柱破坏事故愿因在于井眼曲率过大,兼有应力集中.     

Navier-Stokes方程几种稳定化有限元算法数值比较

该文比较了基于低次等阶有限元对求解定常Navier-Stokes方程的几种稳定化有限元算法.通过比较可以看出,在求解大雷诺数Navier-Stokes方程时,多尺度增量有限元算法从稳定性和计算精度方面来说是一种不错的方法.     

三维弹塑性有摩擦接触问题求解的一个新算法

空间弹塑性有摩擦问题是两种非线性相互耦合的边值待定问题,由于涉及到空间接触问题,切向滑动状态的确定就成为一个重要的方面,为获得高精度的结果,大量的计算工作是难免的.规划法与迭代法是处理这类问题的两种重要的方法.作者提出了将这两种方法相结合的规划-迭代算法,充分利用两种方法各自的长处来处理空间弹塑性接触问题.数值结果表明了所提出算法的良好性态.     

具有对角线化的一致质量矩阵的协调动力有限元

本文系统地研究了具有对角线化的一致质量矩阵的协调动力有限元.前文[1],[2]中,作者研究了具有对角线化的一致质量矩阵的动力有限元,并用此处理弹塑性撞击问题,但这些有限元都是不协调的.本文对空间四面体有限元和轴对称的三角环有限元求得了既有对角线化的一致质量矩阵,又有协调性质的形函数.这种有限元既可以用来处理撞击等和时间过程有关的问题,也可以处理振动计算,包括线性和非线性问题.     

弹性接触问题参数变分原理的有限元并行算法*

本文基于弹性接触问题的参数变分原理的有限元解法,利用并行计算机的特性和并行处理结构,建立了相应的并行算法.该算法从刚度阵的生成和组集,静凝聚过程,求应力过程等多方面实现了并行化.该算法在西安交通大学ELXSI-6400并行计算机上程序实现,计算结果表明能有效地节省计算时间,是一种分析接触问题的有效的并行算法.     

初始几何缺陷对薄圆环板弹塑性稳定性的影响

本文应用Neale关于增量边界值问题的广义变分原理,考察初始几何缺陷对薄圆环板弹塑性屈曲临界载荷的影响,计算表明,只要在J₂增量理论的解中计入初始几何缺陷的影响,所得的结果与几何理想圆环板在塑性形变理论下的分支性屈曲载荷十分接近.     

含温度载荷的管板变形的解析解

根据换热器结构形式建立了用于计算管板变形的力学模型,参考ASMEⅧ-1计算管板的有效弹性常数,并将外筒和换热管束分别等效为会因温度和压力载荷产生轴向变形的弹簧和弹性基础.应用Ritz法建立了管板挠度的解析解,将该解析解与三个不同规模换热器的有限元分析结果进行对比.结果表明,建立的解析解与有限元分析结果吻合良好,验证了推...     

流固耦合方程组间断Galerkin方法的探索

主要通过对复杂接触表面问题以及流固耦合方程组中边界间断问题的分析,探讨其间断Galerkin方法的有限元计算.保留有限元线性离散的计算优势,有效地弱化了边界间断对流场中速度的影响,得到流固耦合方程组的空间半离散有限元格式,为数值计算提供了有力的理论支撑.     

接触表面的边界条件奇异性及其随机扰动

碰撞表面的随机边界条件反映了粘弹性材料在不同碰撞条件下的复杂性质.数值的不确定性和确定模型的渐近估计都可以利用计算机系统来计算.运用有限元方法来模拟碰撞表面的变形,得出远离接触表面部分的结构保持稳定.     

裂纹尖端场弹塑性分析的加权残数法及塑性应力强度因子的计算

本文以幂强化材料,平面应变情形为例,系统地提出了裂纹尖端场弹塑性分析的加权残数法,并根据此法,得出了裂纹尖端场的解析式弹塑性近似解.在此基础上.对整个裂纹区域,构造了弹塑性解叠加非线性有限元计算塑性应力强度因子的方法,从而为裂纹尖端场和整个裂纹体的分析和计算,提供了一个方法.     

关于裂纹稳定扩展过程的数值模拟与一种非线性断裂准则

本文采用增量有限元数值法,建立了增量方程,并应用裂纹顶端临界张开角准则,实现了从起裂到失稳整个裂纹扩展过程的数值模拟,揭示了裂纹稳定扩展过程中一些复杂的力学现象.为了比较,文中还计算了J积分的数值,表明它不能作为裂纹稳定扩展过程的控制参数,认为选取裂纹顶端张开角准则是适当的.