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相似文献
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1.
针对等厚度薄板的弯曲问题,研究人员已给出了基于不同数值算法的经典数值解。针对变厚度薄板弯曲问题的解答较少,且以有限元数值模拟计算为主,计算耗时较大。本文基于广义积分变换原理建立了求解变厚度等效系统的广义积分变换算法,分析了线性和二次变化的变厚度板在多种边界条件下的弯曲问题,利用文献已发表结果同本文建立的广义积分变换解进行验证。计算结果表明,本文建立的基于广义积分变换的变厚度板弯曲求解方法具有较高准确性。同时,通过参数化分析手段,分别利用广义积分变换方法和有限元数值模拟方法讨论了不同边界约束和长宽比等条件对中心点处挠度的影响,计算结果具有较好的一致性,证明本文建立的广义积分变换方法可用于求解变厚度板弯曲问题,且具有较高的准确性。  相似文献   

2.
将作者提出的多虚拟裂纹扩展法(MVCE法)拓展为求解变分型积分方程问题的一种新型数值方法——有限变分法(FVM)。它的基本思想是,给定有限个(N个)局部变分模式,将所求解的未知量用适当的方法离散化,针对这N个局部变分模式列出N个方程,求解N个未知系数,从而求得未知量。单一未知变量FVM的最终方程组的系数矩阵通常是一个对称的窄带矩阵,对角元是大数,有很好的数值计算性能。用FVM求解了三维I型裂纹前缘的应力强度因子(SIF)分布。利用基于FVM的通用权函数法计算程序,可以高精度和高效率地求解表面力、体积力和温度载荷共同作用情况下三维裂纹前缘SIF的分布及其时间历程。FVM可以被推广到更广泛的领域,是一个求解变分型积分方程问题的普遍适用的新型数值方法。  相似文献   

3.
采用格林公式和基本解推导出直接边界积分方程来求解渗流问题.边界积分方程数值离散基于格林元方法(Green element methond),改进了原方法中压力和压力导数的求解方法,命名为混合边界元方法(Mixed boundary element method).相较于格林元类方法,该方法显式考虑了求解节点的外法向流量值和压力值,并使求得的数值解在求解区域上能够连续,符合实际的物理过程,在不增加额外未知数的情况下提高了计算精度.分析了不同网格类型对模拟计算结果的影响,并对稳定渗流问题、非稳定(瞬态)渗流问题和非稳态问题进行了实例计算,结果显示改进方法提高了计算精度,并对各类渗流问题有较好的适应性.  相似文献   

4.
复变量移动最小二乘法及其应用   总被引:7,自引:2,他引:7  
提出了复变量移动最小二乘法,并详细讨论了基于正交基函数的复变量移动最小二乘 法. 然后,将复变量移动最小二乘法和弹性力学的边界无单元法结合,提出了弹性力学的复 变量边界无单元法,推导了相应的公式,并给出了数值算例. 基于正交基函数的复变量移动 最小二乘法的优点是不形成病态方程组、精度高,所形成的无网格方法计算量小. 复变量边 界无单元法是边界积分方程的无网格方法的直接列式法,容易引入边界条件,且具有更高的 精度.  相似文献   

5.
将三维热权函数法扩展为适用于表面力、体积力和温度载荷的通用权函数法(UWF).推导出以变分型积分方程表达的UWF法基本方程,从变分的角度,将求解三维热权函数法基本方程的多虚拟裂纹扩展法(MVCE)改造为可以适用于一般的变分型积分方程的一类新型数值方法--有限变分法(FVM).在FVM中可以引入无穷多种线性无关的局部变分模式,可以根据计算要求在求解域中插入任意多个计算节点,单一型裂纹问题FVM所得到的最终方程组的系数矩阵总是一个对称的窄带矩阵,而且对角元总是大数,具有良好的数值计算性能.FVM对于SIF沿裂纹前缘急剧变化的复杂情况具有较好的数值模拟能力和较高的计算精度,利用自身一致性,可以求得三维裂纹前缘SIF的高精度解.  相似文献   

6.
顾崴  刘铖  安志朋  史东华 《力学学报》2022,54(9):2577-2587
时间积分算法是求解动力学系统的一个核心问题.动力学方程的时间积分经常会出现数值不稳定现象,有限元空间离散也通常会造成伪高频振荡,因而,发展解决上述问题的数值积分算法具有重要的理论价值.本文基于Hamel场变分积分子,通过新的数值积分算法的构造方法,提出了一种无条件稳定的Hamel广义α方法,具体内容包括:构造特殊的变分形式,利用变分积分子等工具,建立无条件稳定的数值积分算法;在相同框架下,提出更高精度的数值格式;结合活动标架法的特性,将算法的一般形式推广到李群空间,得到Hamel广义α文所提出的Hamel广义α方法是无条件稳定的,具有二阶精度并且能够快速过滤掉虚假的高频振荡.数值算例的结果显示,本文所提方法具备了传统方法的精度、耗散和稳定性优势,既适合一般的线性空间,也适用于李群空间,同时还可以发展高阶精度算法.本文发展了构造变分积分子的新模式.  相似文献   

7.
基于核无关的快速多极方法, 发展了一种弹性动力学问题的快速、高精度边界元分析方法. 采用基于二次曲面单元的Nystr?m 离散, 将边界积分方程转化为求和形式, 可以方便地进行加速计算;由于采用二次元, 边界元分析精度很高. 将一种新型快速多极方法用于Nystr?m 边界元法的加速计算, 该方法的数值实现简便、不依赖于积分方程基本解的表达式, 因此通用性很好;该方法还具有最优的计算量和存储量、精度高且可以控制. 结合Nystr?m 边界元系数矩阵和快速多极方法转换矩阵的特点, 提出一种大幅度降低边界元内存消耗的策略. 数值结果表明, 该方法无论在分析精度, 还是计算速度和内存消耗上, 都大大优于同类方法, 是一种快速、通用的工程弹性动力学问题大规模数值分析方法.   相似文献   

8.
1、介绍本文的工作在于发展了一种计及几何和物理非线性及材料各向异性的9节点Lagrangian 混合变量板壳元,它建立在文[1]推导的广义变分原理基础上.对文[2]提出的处理混合元的方法作改进,提出一种新算法,使得可以理论上较合理地使用统一“减阶”积分法则.考虑到在物理及几何非线性情况下数值积分点减少会很大地减少计算量.因此,本方法的使用使混合元计算量大的缺点有了很大改善.此法被归结为“独立应变补偿”的新概念.它不同于“零能模式约束”或“秩补偿”概念,在理论和实践上都有自己的特点.2、“自然”应变混合变量板壳元的新算法  相似文献   

9.
基于核无关的快速多极方法, 发展了一种弹性动力学问题的快速、高精度边界元分析方法. 采用基于二次曲面单元的Nyström 离散, 将边界积分方程转化为求和形式, 可以方便地进行加速计算;由于采用二次元, 边界元分析精度很高. 将一种新型快速多极方法用于Nyström 边界元法的加速计算, 该方法的数值实现简便、不依赖于积分方程基本解的表达式, 因此通用性很好;该方法还具有最优的计算量和存储量、精度高且可以控制. 结合Nyström 边界元系数矩阵和快速多极方法转换矩阵的特点, 提出一种大幅度降低边界元内存消耗的策略. 数值结果表明, 该方法无论在分析精度, 还是计算速度和内存消耗上, 都大大优于同类方法, 是一种快速、通用的工程弹性动力学问题大规模数值分析方法.  相似文献   

10.
为提高变截面梁振动分析的计算效率,提出了基于频域传递矩阵法的动力计算算法.首先,选择线速度、角速度、弯矩和剪力作为求解变量,通过Laplace变换将变截面梁的动力响应时域偏微分方程转换为频域常微分方程;然后,通过求解频域方程并结合协调和边界条件建立变截面梁的频域传递矩阵;通过构造傅里叶级数展开形式的时域响应函数,对变截面梁传递矩阵方法求解的频响函数进行Laplace逆变换,建立了变截面梁的固有特性计算和时域瞬态响应计算方法,最后,借助数值仿真软件,开发了变截面梁动力响应分析的计算程序.完成对算例的仿真计算和分析,并与有限元计算结果进行对比,数值结果验证了该方法的正确性和有效性.  相似文献   

11.
In this work, the two-dimensional convective Brinkman-Forchheimer equations are considered. The well-posedness for the variational problem and its mixed finite element approximation is established, and the error estimates based on the conforming approximation are obtained. For the computation, a one-step Newton(or semi-Newton)iteration algorithm initialized using a fixed-point iteration is proposed. Finally, numerical experiments using a Taylor-Hood mixed element built on a structured or unstructured triangular mesh are implemented. The numerical results obtained using the algorithm are compared with the analytic data, and are shown to be in very good agreement. Moreover,the lid-driven problem at Reynolds numbers of 100 and 400 is considered and analyzed.  相似文献   

12.
We investigate a recently proposed variational principle with rigid-body constraints and present an extension of its implementation in three dimensional finite elasticity problems. Through numerical examples, we illustrate that the proposed variational principle with rigid-body constraints is applicable to both single field and mixed finite elements of arbitrary order and geometry, e.g. triangular/tetrahedral and quadrilateral/hexagonal elements, in two and three dimensions. Moreover, we demonstrate that, as compared to the commonly adopted approach of discretizing the rigid domains with standard finite elements, the proposed formulation requires neither discretization nor numerical integration in the interior of each rigid domain. As a comparative result, the variational formulation may reduce the total number of degrees of freedom of the resulting finite element system and provide improved accuracy.  相似文献   

13.
非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合的混合元法   总被引:2,自引:0,他引:2  
刘泽佳  李锡夔 《力学学报》2006,38(2):170-175
提出了一个非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元 方法. 固相位移、应变和净应力;孔隙水和气的压力、压力空间梯度和Darcy速度;多相混 合介质的温度、温度空间梯度和热流量在单元内均为独立变量分别插值. 基于胡海 昌-Washizu 三变量广义变分原理给出的多孔介质中热-渗流-力学耦合问题控制方程的单元弱形式,导 出了单元公式. 采用共旋公式进行几何非线性分析. 数值结果证明了所提出的单元模拟以 应变局部化为特征的渐进破坏的能力  相似文献   

14.
A refined non-linear first-order theory of multilayered anisotropic plates undergoing finite deformations is elaborated. The effects of the transverse shear and transverse normal strains, and laminated anisotropic material response are included. On the basis of this theory, a simple and efficient finite element model in conjunction with the total Lagrangian formulation and Newton-Raphson method is developed. The precise representation of large rigid-body motions in the displacement patterns of the proposed plate elements is also considered. This consideration requires the development of the strain-displacement equations of the finite deformation plate theory with regard to their consistency with the arbitrarily large rigid-body motions. The fundamental unknowns consist of six displacements and 11 strains of the face planes of the plate, and 11 stress resultants. The element characteristic arrays are obtained by using the Hu-Washizu mixed variational principle. To demonstrate the accuracy and efficiency of this formulation and compare its performance with other non-linear finite element models reported in the literature, extensive numerical studies are presented.  相似文献   

15.
Based on the theory of porous media,a general Gurtin variational principle for theinitial boundary value problem of dynamical response of fluid-saturated elastic porous media isdeveloped by assuming infinitesimal deformation and incompressible constituents of the solid andfluid phase.The finite element formulation based on this variational principle is also derived.Asthe functional of the variational principle is a spatial integral of the convolution formulation,thegeneral finite element discretization in space results in symmetrical differential-integral equationsin the time domain.In some situations,the differential-integral equations can be reduced to sym-metrical differential equations and,as a numerical example,it is employed to analyze the reflectionof one-dimensional longitudinal wave in a fluid-saturated porous solid.The numerical results canprovide further understanding of the wave propagation in porous media.  相似文献   

16.
用有限元广义混合法分析不可压缩或几乎不可压缩弹性体   总被引:2,自引:0,他引:2  
不可压缩或几乎不可压缩问题在数学上表现为最小 势能原理中的某些项趋于无穷大,使得有限元方程产生病态。本文给出了不可压缩或几乎不可压缩弹性分析的广义混合变分原理,以此为基础建立了该类问题的有限元广义混合法。该变分原理的泛函中不含有上面这种奇异项,故其有限元方程不会产生病态。算例表明该有限元法可以同时进行可压缩、不可压缩或几乎不可压缩弹性分析,且精度良好;有限元常规位移法及Hermann法是该法的特例。  相似文献   

17.
In this paper, the shallow water problem is discussed. By treating the incompressible condition as the constraint, a constrained Hamilton variational principle is presented for the shallow water problem. Based on the constrained Hamilton variational principle, a shallow water equation based on displacement and pressure (SWE-DP) is developed. A hybrid numerical method combining the finite element method for spatial discretization and the Zu-class method for time integration is created for the SWEDP. The correctness of the proposed SWE-DP is verified by numerical comparisons with two existing shallow water equations (SWEs). The effectiveness of the hybrid numerical method proposed for the SWE-DP is also verified by numerical experiments. Moreover, the numerical experiments demonstrate that the Zu-class method shows excellent performance with respect to simulating the long time evolution of the shallow water.  相似文献   

18.
The penalty finite element method for Navier–Stokes equations with nonlinear slip boundary conditions is investigated in this paper. Since this class of nonlinear slip boundary conditions include the subdifferential property, the weak variational formulation is a variational inequality problem of the second kind. Using the penalty finite element approximation, we obtain optimal error estimates between the exact solution and the finite element approximation solution. Finally, we show the numerical results which are in full agreement with the theoretical results. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

19.
薄板动态热耦合弯曲问题的拉普拉斯变换有限元法   总被引:5,自引:0,他引:5  
以薄板动力热耦合弯曲问题的变分原理为基础,提出了一种解决该问题的拉普拉斯变换有限元法,该方法在拉氏域内建立和求解有限元方程,再将结果数值逆变换至时域,得到各给定时刻的解答,周边绝热简支方板的热冲击问题算例说明方法是成功的,该方法为研究薄板此类问题的可能性,其计算结果可供工程设计参考。  相似文献   

20.
A dual variational principle is presented for Trefftz finite element analysis. The proof of the stationary conditions of the variational functional and the theorem on the existence of extremum are provided in this paper. They are boundary displacement condition, surface traction condition and interelement continuity condition. Based on the assumed intraelement and frame fields, element stiffness matrix equation is obtained which can easily be implemented into computer programs for numerical analysis with Trefftz finite element method. Two numerical examples are considered to illustrate the effectiveness and applicability of the proposed element model.  相似文献   

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