梁板壳的几何大变形--从近似的非线性理论到有限变形理论

对梁板壳的线性理论、近似几何非线性理论与有限变形理论作了比较,介绍了有限转动理论,指出了应用有限变形理论求解梁板壳的大变形问题的高效率、高精度的巨大优越性。     

模拟结构倒塌破坏的有限质点法

有限质点法是以向量式力学为基础的新兴结构分析方法,本文将其应用于冲击荷载作用下的网壳结构的倒塌破坏模拟中。以空间杆单元为例建立了有限质点法的基本方程,推导了求解几何和材料非线性问题的基本公式。为计算断裂问题,建立了空间杆单元的断裂准则和断裂模型,发展了有限质点法进行断裂分析的基本算法。通过对某双层网壳冲击荷载下破坏过程的模拟和分析,验证了该方法在结构倒塌破坏过程模拟中的有效性和适用性。     

非线性侵彻动力过程的再生核质点法

通过在再生核质点法中引入Johnson-Cook本构方程及损伤模型,并利用新型的滑移面算法及配 点法解决再生核质点法中的接触面和质点滑移问题,方便实现边界条件和计算过程中质点速度调整。通过侵 彻过程再生核质点法研究,实现了弹丸侵彻靶板过程的模拟分析,避免了有限元法中单元严重变形和破坏过 程的网格重构困难,提高了分析精度和计算速度,可方便模拟侵彻的大变形和高应变率现象。     

钢筋混凝土板壳材料非线性分析的有限条法

本文发展了变厚度任意配筋的钢筋混凝土板壳问题中考虑材料非线性分析的有有限条法。文中建立了沿厚度方向作分层离散的维蜕化二次厚壳条，而在计算上，沿壳条跨度方向采用Ｓｉｍｐｓｏｎ积分技术可以方向地处理该方向的任意配筋并给出了满足精度要求的选取Ｓｉｍｐｓｏｎ积分点数的表达式。文中提出的“拟刚度矩阵”法大大简化了非线性有限条法的求解过程，给出两个数值算例表明了理论方法的有效性及其精度。     

层合板的非线性有限单元分析

对层合板引入小应变中转动几何非线性假设，位移模式考虑了横向剪切应力及其连续性，有采用罚单元的方式构造了简单，协调的八节点等参单元，并应用于层合板的应力分析，取得了很好的数值结果。     

大转动梁的几何非线性分析讨论

本文借助Ｌａｇｒａｎｇｅ（Ｔ．Ｌ．）法、修正的Ｌａｇｒａｎｇｅ（Ｕ．Ｌ．）法及带有动坐标的迭代法求解梁的几何非线性问题，说明了各自的特点，澄清了若干基本概念，指出动坐标方法实质上就是Ｕ．Ｌ．法，它适合于分析具有大转动梁的问题，并可方便地推广到大转动的板壳问题，同时指出对于几何非线性问题，可以不必区分Ｃａｕｃｈｙ应力和Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ应力。     

基于Euler-Bernoulli梁理论研究热膨胀下梁的非线性振动问题

采用二次摄动法研究了弹性梁在热膨胀状态下的横向非线性振动问题。首先,根据能量原理建立了大挠度梁的非线性振动方程,并对其进行量纲归一化;然后,采用二次摄动法将非线性方程进行离散,得到各阶摄动方程,逐阶求解其渐进解。算例结果表明:应用传统的摄动法(KBM)法分析大幅振动问题的偏差比较大,远不及应用二次摄动法得到的解准确;温度和振幅对梁的固有频率影响显著。     

直接基于单元平衡的梁非线性分析方法

以单元力平衡条件为基础建立的梁单元在近年来受到广泛关注,与传统的以单元位移相容条件为基础建立的梁单元相比,基于平衡的梁单元可获得较高的精度。针对基于平衡的梁单元,给出了一种几何非线性分析方法,使用该方法进行几何非线性分析时不需进行单元内部位移场的构造,避免了使用现有位移场构造方法时可能引起的振荡问题,同时降低了有限元程...     

考虑变形耦合的几何非线性空间梁单元

以"精确几何模型梁单元"为代表的很多几何非线性梁单元,在构造过程中分别对描述截面转动的转角和描述截面形心位置的位移进行了独立插值,由此引起了诸如运动学描述冗余和剪切闭锁等困难。其根本原因在于单元形函数没能体现细长梁中的变形耦合关系。本文对这类传统单元进行了改造,通过深入研究单元变形之间的内在联系,提出了一种变形场完全满足Bernoulli梁变形耦合关系的新单元,避免了构造过程中对转动矢量的插值,并通过数值算例检验了单元的有效性。     

浅曲梁大挠度分析的余能有限元方法

以高玉臣提出的弹性大变形余能原理为基础,利用Lagrange乘子,放松平衡方程和力边界条件对余能泛函的约束,推导出广义的余能原理.根据极分解定理,将变形分为刚性转动和纯变形两部分,则余能也包含相应的两部分,一部分与刚性转动有关,而另一部分与纯变形有关.使用线弹性本构关系,建立了可用于几何非线性计算的有限元模型.应用更新的Lagrange列式法,给出了增量形式的有限元公式.数值计算结果表明,该方法可用于浅曲粱的几何大变形计算.     

平面梁杆结构几何非线性分析的一种简便方法

本文提出了一种新的几何非线性分析方法，适用于结点位移任意大，单元刚体转角任意大、单元局部弯曲比较小的平面梁杆结构。文中的刚度矩阵和附加荷载列阵都是以显式形式给出的，可直接应用。     

A nonlinear composite beam theory

Presented here is a general theory for the three-dimensional nonlinear dynamics of elastic anisotropic initially straight beams undergoing moderate displacements and rotations. The theory fully accounts for geometric nonlinearities (large rotations and displacements) by using local stress and strain measures and an exact coordinate transformation, which result in nonlinear curvature and strain-displacement expressions that contain the von Karman strains as a special case. Extensionality is included in the formulation, and transverse shear deformations are accounted for by using a third-order theory. Six third-order nonlinear partial-differential equations are derived for describing one extension, two bending, one torsion, and two shearing vibrations of composite beams. They show that laminated beams display linear elastic and nonlinear geometric couplings among all motions. The theory contains, as special cases, the Euler-Bernoulli theory, Timoshenko's beam theory, the third-order shear theory, and the von Karman type nonlinear theory.     

基于渐近均匀化方法的准周期梁结构等效刚度数值实现方法研究

相比周期梁结构,准周期梁结构沿轴向梯度变化,具有更大的设计自由度,能够获得更好的结构性能。由于其非均质性,一般将其均匀化为具有等效性质的均质梁结构,但现有工作很少涉及准周期梁结构等效性质的计算。本文针对由周期梁结构映射而成的准周期梁结构,通过引入雅可比矩阵,基于渐近均匀化方法推导的单胞方程及其等效性质计算列式,并建立了其单胞方程及等效刚度的有限元求解列式。该方法可以处理沿轴向变形的任意微单胞构型,数值算例验证了其正确性和有效性。     

基于PETSc的非线性逆向运动并行计算方法研究

在考虑几何非线性的有限元分析中,初始构型和变形构型是严格区分的,并且变形后的构型对结构性能和功能的实现往往具有重要意义.传统的非线性有限元分析主要面向变形前的初始构型为导向的设计问题,而对于变形后构型为导向的设计问题则有较大局限性.针对此问题,引入非线性逆向运动分析方法,为了保证大变形非线性分析迭代的收敛性和计算效率,基于PETSc函数库建立了并行分析框架,并对并行框架中的模块划分、数据并行存储以及通信锁死和负载平衡等进行了详细阐述.在算例部分,首先通过正向运动和逆向运动分析结果对比,阐述了两种分析方法的不同以及逆向运动分析方法对变形前构型求解的准确性;其次,采用不同MPI进程数对并行分析程序的效率进行了测试.结果 表明,合理地选择MPI进程数目可显著提高非线性逆向运动分析的效率.     

预应力混凝土平面杆系结构的有限元方法

建立了基于有限元方法的考虑材料和几何非线性的任意截面预应力混凝土平面杆系结构的数值分析模型,可用于模拟预应力混凝土大跨度梁、单向偏压细长柱等的非线性全过程结构响应。引入修正的Rodriguez截面模型确定截面切线刚度,其中混凝土的贡献通过截面边界顶点定义的梯形单元来实现;在此基础上利用传统的平面非线性杆单元导出了标准有限元公式。通过两个算例验证了该模型的可靠性和适用性。     

GENERALIZED THEORY OF NONLINEAR AND UNSTEADY MECHANICS AND APPLICATIONS TO PARTICLE PHYSICS

ＧＥＮＥＲＡＬＩＺＥＤＴＨＥＯＲＹＯＦＮＯＮＬＩＮＥＡＲＡＮＤＵＮＳＴＥＡＤＹＭＥＣＨＡＮＩＣＳＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳＴＯＰＡＲＴＩＣＬＥＰＨＹＳＩＣＳＹａｎｇＷｅｎ－ｘｉｏｎｇ（杨文熊）（ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ...     

h-ADAPTIVITY ANALYSIS BASED ON MULTIPLE SCALE REPRODUCING KERNEL PARTICLE METHOD

IntroductionAs one of the meshfree methods, multiple scale reproducing kernel particle method(RKPM)[1,2]bears, besides the common features of all meshfree methods, a uniqueinherent feature of multiresolution analysis by which the structural response can b…     

Generalized variational principle on nonlinear theory of naturally curved and twisted closed thin-walled composite beams

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｎｏｎｌｉｎｅａｒａｎａｌｙｓｉｓｉｎｔｈｅｎａｔｕｒａｌｌｙｃｕｒｖｅｄａｎｄｔｗｉｓｔｅｄｃｌｏｓｅｄｔｈｉｎ＿ｗａｌｌｅｄｓｌｅｎｄｅｒｂｅａｍｓ(ａｂｂｒｅｖｃｕｒｖｅｄａｎｄｔｗｉｓｔｅｄｔｈｉｎ＿ｗａｌｌｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｅａｍｓ)ｏｆｔｈｅｆｉｂｒｅ＿ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｃｏｍｍｏｎｌｙａｎｄｍａｉｎｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄａｅｒｏｎａｕｔｉ…     

Limit point buckling of a finite beam on a nonlinear foundation

In this paper, we consider an imperfect finite beam lying on a nonlinear foundation, whose dimensionless stiffness is reduced from 1 to k as the beam deflection increases. Periodic equilibrium solutions are found analytically and are in good agreement with a numerical resolution, suggesting that localized buckling does not appear for a finite beam. The equilibrium paths may exhibit a limit point whose existence is related to the imperfection size and the stiffness parameter k through an explicit condition. The limit point decreases with the imperfection size while it increases with the stiffness parameter. We show that the decay/growth rate is sensitive to the restoring force model. The analytical results on the limit load may be of particular interest for engineers in structural mechanics.