旋转相似载荷下轴对称结构弹性响应的快速算法:旋转叠加法及其应用

基于叠加原理,采用坐标旋转和线性叠加的方法,建立了求解旋转相似载荷下轴对称结构弹性响应的快速算法--旋转叠加法.文章首先给出了"旋转相似载荷"的定义,推导了相关计算公式,然后给出了一个应用实例,验证了算法的正确性和有效性,最后对相关问题进行了讨论.旋转叠加法巧妙利用了叠加原理和结构的轴对称性,对同一结构只需一次分析,即...     

侧向不均匀冲击下环向加筋圆柱壳的动力响应

针对空投鱼雷入水冲击问题,研究了环向加筋圆柱壳在侧向不均匀冲击载荷作用下的动力响应。考虑了壳体剪切变形、转动惯性以及加筋肋骨的拉伸、弯曲和剪切变形,运用Hamilton变分原理推导出了运动方程,并且采用一种半解析有限差分法进行了求解。分析了加肋数目、截面宽度比及加筋形式等因素对结构动力响应的影响。     

求解平面和轴对称热冲击问题的热权函数有限元法

根据三维通用权函数法的普遍表达式,给出了轴对称问题和平面问题热权函数法的基本公式.并利用刚度阵导数法,将热权函数法与有限元法直接耦合,给出了二维问题的热权函数有限元法计算格式.实例计算表明,该文给出的计算方法具有极高的计算效率和满意的工程应用精度.     

冲击载荷作用下钢筋混凝土结构动力响应仿真

运用动态有限元技术对冲击性载荷作用下钢筋混凝土结构的动力响应进行细观结构的仿真分析，建立分离式材料模型，获得射弹在钢筋混凝土中的侵彻深度与弹坑半径，得出钢筋配筋率、配筋方式、配筋位置以及混凝土材料性质等相关因素的影响规律，并针对结果进行分析和讨论，为防护工程设计提供了参考依据。     

冲击荷载下内衬八边形钢管空心钢筋混凝土柱的动力响应

以一种内衬八边形钢管空心钢筋混凝土柱为研究对象,在自主研发的无导轨式大型落锤试验机上,完成了3种不同边界条件、2种不同冲击高度以及2种不同轴压比的侧向冲击实验。研究了不同冲击高度、边界条件和轴压比下试件的破坏形态、冲击力时程曲线和跨中位移时程曲线,并选取一根普通空心钢筋混凝土试件与同条件的内衬钢管空心钢筋混凝土试件进行了对比。结果表明:用内衬钢管替代内置钢筋笼使得构件的抗冲击性能明显优于相应的普通空心钢筋混凝土构件,且在轴压比不超过0.3的范围内,轴压比的改变对冲击结束后本内衬八边形钢管空心钢筋混凝土试件的残余挠度影响不大。     

汽车侧门受侧向撞击动力响应的数值分析

给出了一个汽车侧门受到侧向撞击时的动力响应的数值分析结果,由能量平衡图和时间步长的稳定性来判断,此数值分析是稳定可靠的。对关键测试点的速度 时间曲线和实验结果进行了比较,两者吻合较好。     

侧向冲击载荷下钢管混凝土结构的动力响应及参数分析

采用刚塑性结构模态分析法和数值模拟方法,对侧向冲击载荷作用下的圆截面钢管混凝土结构进行了塑性动力分析。将钢管混凝土等效为刚塑性地基梁模型,给出了钢管混凝土构件跨中侧向变形的模态解析解,得到了冲击载荷作用下影响结构最终侧向变形的无量纲参数。利用ABAQUS/Explicit软件建立了钢管混凝土结构在侧向冲击作用下的动态响应数值模型并进行了计算分析,将理论预测值和数值模拟结果与试验结果进行了交叉对比。结合量纲分析和数值模型对影响构件最终变形的几何、物理参数及初始冲量进行了分析。结果表明：理论预测值和数值模拟结果与试验结果吻合较好,结构的塑性变形与理论假定的塑性铰分布一致。构件几何参数中,长径比和径厚比对其侧向最终变形有较大影响;冲击头相对宽度可改变构件的变形模态;相比于几何参数,钢管和混凝土芯层的物理参数对构件跨中挠度的影响较小;结构的侧向变形与初始冲量成二次幂相关。最后给出了理论分析参数的适用范围。刚塑性响应模态解可较好地预测钢管混凝土结构在侧向冲击载荷作用下的塑性变形行为。

     

并行子结构法求解结构动力响应

本文利用直接积分法结合子结构技术和并行机特点提出一个求解复杂系统动响应的并行子结构动响应法。该方法利用子结构连接条件找到内力传递向量，从而确定各子结构动响应，算例表明该方法是有效的，并且具有较高的并行效率。     

轴对称压电圆板的非线性动力响应

基于Von Karman板理论和压电材料力学,考虑横向剪切变形,建立了轴对称压电圆板的非线性运动方程,提出了相应的力学与电学边界条件.求解时,首先应用Galerkin方法,将非线性偏微分运动方程转化为仅含时间变量的非线性常微分方程.然后,应用Newmark-β方法将时间函数离散,整个问题应用Newtoni迭代法求解.算例中,求得了压电圆板线性振动基频,验证了方程和求解方法的可靠性,讨论了压电效应、几何非线性、结构尺寸、力学和电学荷载等因素对板非线性动力响应的影响.     

圆板在非轴对称荷载作用下弹性动力响应的精确解

本文利用模态迭加法求得了夹支圆板在非轴对称的横向集中阶跃荷载作用下动态响应的精确解,所得的解用Fourier—Bessel级数表示。轴对称荷载作用下的解仅是该解的特例。文中还给出了夹支圆饭在非对称荷载作用下板上一些典型点的挠度随时间变化的实例计算曲线,这些曲线具有良好的规律性。     

反分析法在结构冲击动力响应实验中的应用

为了解决由于测量条件限制而产生的接触力难于测量的问题,利用近年发展起来的反分析法,并结合计算机模拟技术,给出了一种解决结构受到强冲击载荷时测量冲击力的通用方法。并将该方法应用到对压力管道耐撞性侧向冲击实验中冲击力的校核,给出了该冲击系统的传递函数h(t)。在实验测量值的基础上,得出了较为精确的冲击力时程曲线,从而验证了该方法的实用性。     

A class of Wilson arbitrary quadrilateral elements for an axisymmetric problem

A class of modified Wilson arbitrary quadrilateral nonconforming elements for an axisymmetric problem is proposed. Their convergence is proven by means of the strong patch test. The structure of this finite element class is investigated. Thus a general method of axisymmetric nonconforming elements with convergence properties is presented. Project supported by the Foundation of the Chinese Ministry of Machine-Building Industry     

A comparison of boundary element and finite element methods for modeling axisymmetric polymeric drop deformation

A modified boundary element method (BEM) and the DEVSS‐G finite element method (FEM) are applied to model the deformation of a polymeric drop suspended in another fluid subjected to start‐up uniaxial extensional flow. The effects of viscoelasticity, via the Oldroyd‐B differential model, are considered for the drop phase using both FEM and BEM and for both the drop and matrix phases using FEM. Where possible, results are compared with the linear deformation theory. Consistent predictions are obtained among the BEM, FEM, and linear theory for purely Newtonian systems and between FEM and linear theory for fully viscoelastic systems. FEM and BEM predictions for viscoelastic drops in a Newtonian matrix agree very well at short times but differ at longer times, with worst agreement occurring as critical flow strength is approached. This suggests that the dominant computational advantages held by the BEM over the FEM for this and similar problems may diminish or even disappear when the issue of accuracy is appropriately considered. Fully viscoelastic problems, which are only feasible using the FEM formulation, shed new insight on the role of viscoelasticity of the matrix fluid in drop deformation. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

Stress function method in shakedown analysis of axisymmetric shells

A self-equilibrated stress obtained from the stress functions of thin shells is used for the static shakedown theorem as a residual stress. In combination with the finite element method, a linear programming formulation of the shakedown analysis of axisymmetric shells is derived. The physical meaning of the stress function method is clear and its computing amount is small. Some examples of the plates and shells show that the method is reasonable and efficient.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China     

基于自然单元法的轴对称结构极限上限分析

自然单元法是一种以自然邻近插值为试函数的新兴无网格数值方法,其形函数的计算不涉及矩阵求逆,也不需要任何人为参数。为了充分发挥自然单元法的优势,本文基于极限分析上限定理建立了轴对称结构极限上限分析的整套求解算法。轴对称结构的位移场由自然邻近插值构造,并且采用罚函数法处理材料的不可压条件。为了消除目标函数非光滑所引起的数值困难,采用逐步识别刚性区和塑性区,并对两者用不同方法进行处理。数值算例结果表明,本文提出的轴对称结构极限上限分析方法是行之有效的。     

结构动力分析的随机变分原理及随机有限元法

将结构动力系统的参数及激励的随机性直接引入结构的动力泛函变分表达式中，基于瞬时最小势能原理，应用小参数摄动法，建立了随机结构动力分析的随机变分列式及相应的确机有限元法。算例表明，应用此法分析随机结构动力响应，具有程序实施简便，计算效率高的优点。     

辛解析奇异元在动荷载作用下V型切口问题中的应用

利用辛解析奇异单元,结合时域精细算法,研究了动荷载作用下的含平面V型切口问题。时域上,采用时域精细算法,并结合自适应算法控制展开项数,保证了计算精度。空间域上,切口尖端附近采用辛解析奇异单元,其余区域采用常规有限单元,避免了局部网格加密。本文使用的辛解析奇异单元不需要过渡单元和局部网格加密,且能够通过奇异单元内部的参数关系直接给出切口尖端的应力强度因子,不需要复杂的后处理过程。数值结果表明,本文方法具有良好的精度和稳定性,可以准确地计算动态应力强度因子。     

Some applications of semi-analytical finite element method in static and dynamic analysis of structures

In this paper a kind of semi-analytical finite element method based on the transfer matrix analysis of shells of revolution is briefly formulated. Some recent investigations on its application are presented: (1) a reanalysis algorithm for improving the accuracy of free vibration analysis; (2) a kind of semi-analytical ring element for the stress analysis of a curved pipe of the slender torus shell type.     

冲击-动力接触问题有限元方法的几点注记

讨论了应用Newmark-β直接积分法求解冲击-动力接触问题在初始接触和初始分离时进行修正的必要性;证明了基于Newmark方法的有效刚度阵的正定性,导出了关于接触力向量的有效柔度方程,从而把动力接触迭代过程凝缩到接触面上,提高了计算的效率;算例包括两杆冲击问题和两圆盘冲击问题。