重分析边界处理与广义主从控制关系

本文讨论了在结构重分析中局部网格细分时，修改区域与未修改区域交界处的位移连续性问题，文中提出了广义主从控制的概念，把边界上的新增节点作为从节点，同时受多点控制，保证了结构的连续性，并对有限元结构中的常见单元给出了边界的位移控制关系，而且此关系已应用于ＤＤＪ程序系统，实现了算法及程序设计。     

混凝土断裂的连续-非连续方法

采用有限元形函数作为单位分解函数,位移间断用富集节点的附加自由度表示,建立了允许在单元内部位移非连续的局部富集公式以表征混凝土的开裂区域．富集基函数由节点形函数和节点形函数与间断函数的乘积的并集构成．非连续位移的扩展路径完全与网格结构无关．不同于以非协调应变为基础的嵌入非连续模型,对单元的类型没有限制而且间断位移可以贯穿单元边界．局部富集思想与扩展有限元类似,但富集点自由度保持节点位移的物理意义不变,使相邻单元无需进行富集运算．在变分公式中引入混凝土粘结本构定律,推导了考虑断裂过程区非线性影响的基本方程．对混凝土粘结裂纹扩展的数值模拟说明了该计算方法的有效性．     

不规则区域平面弹性问题的正则区域重心插值配点法

将不规则区域嵌入到规则的矩形区域,在矩形区域上将弹性平面问题的控制方程采用重心Lagrange插值离散,得到控制方程矩阵形式的离散表达式。在边界节点上利用重心插值离散边界条件,规则区域采用置换法施加边界条件,不规则区域采用附加法施加边界条件,得到求解平面弹性问题的过约束线性代数方程组,采用最小二乘法进行求解,得到整个规则区域上的位移数值解。利用重心插值计算得到不规则区域内任意节点的位移值,计算精度可到10-14以上。数值算例验证了所建立方法的有效性和计算精度。     

不规则区域平面弹性问题的正则区域重心插值配点法

将不规则区域嵌入到规则的矩形区域,在矩形区域上将弹性平面问题的控制方程采用重心Lagrange插值离散,得到控制方程矩阵形式的离散表达式。在边界节点上利用重心插值离散边界条件,规则区域采用置换法施加边界条件,不规则区域采用附加法施加边界条件,得到求解平面弹性问题的过约束线性代数方程组,采用最小二乘法进行求解,得到整个规则区域上的位移数值解。利用重心插值计算得到不规则区域内任意节点的位移值,计算精度可到10^-14以上。数值算例验证了所建立方法的有效性和计算精度。     

海洋平台TT型管节点的极限强度分析

利用非线性有限元方法分析了轴向力作用下多平面TT节点的极限强度。在数值分析中,采用三维20结点固体单元模拟管道结构和焊缝形状,将结构有限元网格划分为不同区域,每个区域的网格独立产生,通过合并形成整个结构的有限元网格。通过控制位移增量法得到了加载过程中载荷和位移之间的关系曲线。使用ABAQUS软件分析了TT节点在支管端部承受轴向载荷的变形及与外部载荷之间的关系,得到了不同参数影响下的TT节点极限强度。     

基于单元子分法的结构多尺度边界单元法

建立在基于单元子分法的一种有效自适应格式以及多区域边界元三步求解技术基础上提出了一种计算结构多尺度问题的多区域边界元法。首先,通过高斯积分误差分析公式确定边界单元在满足精度要求下所需要的高斯点数,当所需高斯点数超过规定数目时该单元就被自动划分成一定数量的子单元,从而消除结构多尺度所引起的近奇异性。在单元子分技术的基础上采用多区域边界元三步求解技术来处理材料非均质问题:第一步消除各子域的内部未知量,第二步消除各子域独自拥有的边界未知量,第三步根据位移相容性条件和面力平衡条件建立系统方程组并求解公共界面节点位移以及每个子域的其他未知量。数值算例结果表明本方法可以用较少的计算时间得到满意的结果,是处理结构多尺度问题的一种有效方法。     

裂纹分析中的单节点二次边界元

提出一种新的边界单元；单节点二次元，利用这种单元，位移及其沿边界的切向导数在正规单元端点的连续条件自然得到满足，单节点二次元能很好地模拟角点处面力多值条件，特殊裂纹尖端单节点二次单元包括近裂纹尖端位移近似级数展开第二项。由于每个单元只有一个节点，计算程序大大简化。对直裂纹，圆弧裂纹和边裂纹进行了计算。数值计算结果表明，单节点二次边界单元计算精度高，收敛性好。     

弹性力学位移构造解待定参数的优化算法研究

从弹性力学平面问题位移解析构造通解的基本原理出发,针对含未知参量的位移函数确定问题,分析了应力边界、位移边界、混合边界的离散节点需要满足的函数关系,构建了以位移解析构造解中未知参量为设计变量,以边界离散节点满足的代数关系为目标函数的优化问题,提出了获得任意边界平面问题的位移构造解中未知参量的优化求解算法,编制了任意节点边界条件的未知参量通用求解程序,给定误差计算的判定方法。求解了平面应力问题的具体实例,通过本文算法与有限元计算结果的误差对比,表明所研究算法的正确性,为任意边界的复杂工程问题求解提供依据。     

饱和土与衬砌动力相互作用的圆柱形孔洞内源问题解答

考虑饱和土与衬砌结构的动力相互作用,该文研究了内源荷载作用下圆柱形孔洞的动力响应问题.将饱和土体和衬砌结构分别视为流固耦合介质和弹性均匀介质,通过引入势函数将位移控制方程化为二维轴对称波动方程.采用拉普拉斯变换,得到饱和土体位移应力的表达式及衬砌的位移应力的表达式.利用土体与衬砌结构之间的连续性条件和衬砌结构内边界上的边界条件,确定表达式的未知系数.采用逆拉普拉斯变换的数值方法,给出了问题的数值解.分析了饱和土中圆形衬砌结构随土体和衬砌结构参数变化的动力响应规律.     

扩展边界元法分析切口和裂纹结构应力场的准确性

在线弹性理论中,切口/裂纹结构尖端区域存在奇异应力场,数值方法不易求解。本文建立的扩展边界元法(XBEM)对围绕尖端区域位移函数采用自尖端径向距离 的渐近级数展开式表达,其级数项的幅值系数作为基本未知量,而外部区域采用常规边界元法离散方程。两者方程联立求解可获得切口和裂纹结构完整的位移和应力场。扩展边界元法具有半解析法特征,适用于一般的切口和裂纹结构应力场分析,其解可精细描述从尖端区域到整体结构区域的应力场。作者研制了扩展边界元法程序,文中给出了两个算例,通过计算结果分析,表明扩展边界元法求解切口和裂纹结构应力场的准确性和有效性。     

复杂厚板的条形传递函数解

建立了规则区域厚板混合状态变量的条形传递函数解,通过定义结点变量,并利用结点位移连续和力平衡条件,将多个简单子区域的解进行组装,从而得到了复杂形状,复杂边界条件厚板的条形传递函数解,由于条形传递函数法的节点位移变量与有限元法的节点位移变量完全一致,可将简单矩形板的条形传递函数解作为一个超东级单元,直拉将超级单元和有限元单元进行综合,可以得到复杂板的条形传递函数解,进一步增强了条形传递函数法对复杂反问题的适应性。     

含两类附加函数的扩展等参有限元法

基于扩展有限元的基本思想,提出一类指数型间断函数来模拟。由于裂纹或节理等非连续结构所导致的位移不连续现象,该附加函数是以到间断处的垂直距离为自变量,且随距离的增大而呈指数衰减,同时,在非连续结构末端引入能反映其奇异场特性的三角基函数。本文用弱解形式推导了扩展有限元格式,并论证了两类附加函数在单元公共边上能够保持位移连续性这一要求。最后,编制了二维4节点和三维8节点的扩展等参有限元程序,并分别给出了算例,结果表明在模拟裂纹追踪时,扩展有限元法可行且有效。     

基于平面偶应力-Reissner/Mindlin板比拟的偶应力有限元

偶应力理论的有限元列式面临本质性的C1连续性困难. 平面偶应力理论和Reissner/Mindlin板弯曲理论之间的比拟关系表明这两个理论系统的有 限元的同一性，而R/M板有限元并不存在C1连续性困难. 因此，研究将R/M板单元转化为具有一般位移自由度的平面偶应力单元的一般方法. 根据这一方法，将典型的8节点Serendipity型R/M板单元Q8S转化为一个4节点12 自由度的四边形平面偶应力单元，数值结果表明该单元具有良好的精度和收敛性     

基于混合状态变量的中厚板条形传递函数解

基于Mindlin板理论和改进的混合能量变分原理,建立了矩形区域中厚板问题的条形传递函数解法。该方法将矩形板在一个方向上离散为多个条形单元,而条形单元状态变量的解在单元的横向采用多项式插值,在单元的纵向直接解析求解。通过定义结点变量,并利用结点位移连续和力平衡条件,将多个简单子区域的解进行组装,可构造出分析复杂形状、复杂边界条件中厚板的条形传递函数解。数值算例表明,条形传递函数方法具有很高的计算精度。     

应力函数及其对偶理论在有限元中的应用

借助于Cosserat连续介质模型，探讨了应力函数和位移对避免有限元C$^{1}$ 连续性困难的互补性作用. 通过对应力函数对偶理论的深入分析，为将应力函数列式得到的 余能单元转化为具有一般位移自由度的势能单元提供了严格的理论基础，在此基础上， 给出应用应力函数构造有限元的一般方法.     

A novel approach with smallest transition matrix for milling stability prediction

The introduction of chatter limits the processing efficiency of milling. Chatter prediction is an off-line strategy to select chatter-free cutting parameters. This paper presents a novel method for prediction of milling chatter which aims to reduce the dimension of transition matrix of the discrete map, where the eigenvalues of the transition matrix determine the system stability by using Floquet theory. A linear weight function is introduced when the weighted residual method is applied to the delay differential equation on discrete time intervals. Thus the displacement item can be removed from the state vectors. When the number of discrete intervals is fixed, it is concluded that the transition matrix obtained by the proposed method is the smallest among the time-domain methods. Meanwhile, the acceleration continuity condition is naturally satisfied on discrete time nodes which endows the method with competitive accuracy.     

AN h-TYPE ADAPTIVE FINITE ELEMENT

ＡＮｈ－ＴＹＰＥＡＤＡＰＴＩＶＥＦＩＮＩＴＥＥＬＥＭＥＮＴ￥ＸｕＸｉｎｇ（徐兴）ＬｉｎｇＤａｏｓｈｅｎｇ（凌道盛）ＤｕＱｉｎｇｈｕａ（杜庆华）ＤｉｎｇＨａｏｊｉａｎｇ（丁皓江）（ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７．Ｐ．...     

基于等几何分析的比例边界有限元方法

提出了一种具有比例边界有限元的半解析特性和等几何分析的几何特性的新方法。该新方法是在比例边界有限元框架中用NURBS曲线或曲面精确描述域边界几何形状,同时域边界位移场采用描述几何形状的NURBS形函数等参构造。这种新方法具有比例边界有限元固有的径向解析特性和NURBS的高阶连续性的优点。数值算例显示,与传统的比例边界有限元相比,基于等几何分析的比例边界有限元方法提高了域边界单元和域内应力场的连续性,减少了计算自由度。应用此方法可以用较少的计算自由度获得更高连续阶和更高精度的位移、应力和应变场。     

The influence of normal flow boundary conditions on spurious modes in finite element solutions to the shallow water equations

Finite element solutions of the primitive equation (PE) form of the shallow water equations are notorious for the severe spurious 2Δx modes which appear. Wave equation (WE) solutions do not exhibit these numerical modes. In this paper we show that the severe spurious modes in PE solutions are strongly influenced by essential normal flow boundary conditions in the coupled continuity-momentum system of equations. This is demonstrated through numerical examples that avoid the use of essential normal flow boundary conditions either by specifying elevation values over the entire boundary or by implementing natural flow boundary conditions in the weak weighted residual form of the continuity equation. Results from a series of convergence tests show that PE solutions are of nearly the same quality as WE solutions when spurious modes are suppressed by alternative specification of the boundary conditions. Network intercomparisons indicate that varying nodal support does not excite spurious modes in a solution, although it does enhance the spurious modes introduced when an essential normal flow boundary condition is used. Dispersion analysis of discrete equations for interior and boundary nodes offers an explanation of the observed solution behaviour. For certain PE algorithms a mixed situation can arise where the boundary nodes exhibit a monotonic (noise-free) dispersion relationship and the interior nodes exhibit a folded (noisy) dispersion relationship. We have found that the mixed situation occurs when all boundary nodes are specified elevation nodes (which are enforced as essential conditions in the continuity equation) or when specified flow boundary nodes are treated as natural boundary conditions in the continuity equation. In either case the effect is to generate a solution that is essentially free of noise. Apparently, the monotonic dispersion behaviour at the boundaries suppresses the otherwise noisy behaviour caused by the folded dispersion relation on the interior.     

热/均布载荷下双材料悬臂梁的解析解

基于弹性介质的二维本构关系和热传导理论，采用逆解法，研究了双材料悬臂梁在热／机械载荷作用下的问题，通过假设双材料悬臂梁构件的应力函数，利用应力、位移边界条件和连续性条件，给出了其位移、应力分布的表达式。