单变量有限元的新思考：精化直接刚度法

对单变量有限元和多变量有限元进行了综合分析和比较。其中包括有限元法的单元的可靠性问题：收敛性，坐标不变性，伪零能模式；单元的性能；计算精度，对畸变网格的适应性及解除闭锁、解的晃动现象等问题，进一步对单变量有限元提出新的思考，有精化直接刚度法发展变量有限元，使之能兼备单变量有限元与多变量有限元之长，克服两者之短。     

精化直接刚度法与不协调模式

基于不协调元的收敛条件，建立了精化直接刚度法所对应的不协调位移模式，从而使ＲＤＳＭ成为建立单变量不协调元的有实用性的一般方法。     

带旋转自由度的精化非协调平面四边形等参元

对于C~1类不协调元文[1]提出了一种精比直接刚度法。本文进一步将其应用到C~0类问题,建立一种带旋转自由度的不协调平面四边形单元,其协调部分是用人Allman插值法建立的单元函数,不协调部分用了四个内部自由度。该单元能保证通过分片试验,保持了单变量有限元列式简单、性能可靠(无多余零能模式及坐标不变性)等长处,同时,还具备多变量有限元(杂交/拟协调元)高精度的优点。算例表明,本文提出的单元收敛、可靠、高精度且高效率。     

精化直接刚度法的不协调位移模式与收敛性分析

基于精化直接刚度法的不协调位移模式及有限元收敛理论中的ＩＰＴ条件，建立了Ｃ￣０类可分离位移型精化元的收敛性充分条件——强ＩＰＴ条件。进一步推出一族平面及空间Ｃ￣０类精化元并验证了其收敛性。     

精化直接刚度法与不协调模式

基于不协调元的收敛条件，建立了精化直接刚度法（ＲＤＳＭ）所对应的不协调位移模式，从而使ＲＤＳＭ成为建立单变量不协调元的有实用性的一般方法。     

8—21节点块体精化不协调元

本文基于文（２）提出的精化直接刚度法的变分原理，构造了８－２１节点元的精化不协调位移模式，并装入ＳＡＰ５程序中，该单元能通过分片试验数据结果表明：采用精化直接刚度法，可以有效地改装单元特性，使新单元在具原单元的简单、高效、可靠性好的同时，在精度，适应性等方面有大幅度的提高。     

岩土弹塑性有限元分析的隐式积分弹性刚度法

本文提出了用于岩土弹塑性有限元分析的隐式积分弹性刚度算法。该算法既具有隐式积分法精度好，效率高，无条件稳定等优点，也具有弹性刚度矩阵正定、对称的特点，更重要的是它避免了传统切线刚度法在处理岩土非相关联塑性流动和屈服面“角角”所遇到的非对称性和奇异性计算问题。通过算例分析了该算法的精度、效率。     

岩土弹塑性有限元分析的隐式积分弹性刚度法

本文提出了用于岩土弹塑性有限元分析的隐式积分弹性刚度算法。该算法既具有隐式积分法精度好、效率高、无条件稳定等优点，也具有弹性刚度法中刚度矩阵正定、对称的特点，更重要的是它避免了传统切线刚度法在处理岩土非相关联塑性流动和屈服面“角点”所遇到的非对称性和奇异性计算问题。通过算例分析了该算法的精度、效率     

薄板几何非线性中的精化元方法及膜闭锁问题

基于放松单元间协调条件的大变形变分原理和全局拉格朗日方法，推导了几何非线性精化三角形薄板单元。对几何刚度矩阵，通过引入特殊的单元位移函数，有效地消除了薄板弯曲问题中伴生的膜闭锁现象。数值结果表明该单元在几何非线性分析中既能消除膜闭锁又具有较高精度。     

加权残量法在建立多变量有限元模型中的应用

应用加权残量法基本原理,给出了建立多变量有限元模型的简明格式和新的列式,讨论了该列式与几种典型多变量有限元模型的对应、退化和等价关系.从而阐明了各类多变量有限元模型之间的内在联系,为各种多变量有限元模型的相互促进与发展提供了有效途径.并探讨了多场变量的选择原则与单元刚度阵秩的关系.文后给出了若干典型算例.     

缝合复合材料层板面内局部纤维弯曲模型及刚度预报

提出了缝合层板面内局部纤维弯曲模型,假设缝合线受挤压后横截面为椭圆形,指出当纤维弯曲幅度较小时,缝合仅造成单胞内局部纤维弯曲,纤维弯曲角为特定值,由纤维种类决定;当纤维弯曲幅度较大时,缝合造成单胞内整体纤维弯曲,纤维弯曲角大于特定值,由纤维弯曲幅度和单胞尺寸决定。采用有限元法建立了缝合层板刚度分析方法,使缝合层板单胞满足周期性边界条件,预报结果与试验吻合较好,详细探讨了缝合参数对层板刚度的影响规律,结果表明缝合后层板刚度降低,缝合参数变化对层板刚度有较大影响。     

变刚度层叠梁的力学性能研究

为满足不同场景下的功能需求,变刚度结构得到越来越广泛的应用．以机器人手臂为例,在执行操作时,需要其手臂的结构刚度足够大,避免出现过大的扭曲和变形,而在与人交互时,又需要其结构足够柔软,以保证在此过程中与人交互的安全性．该类变刚度结构可根据需求通过外部激励在柔性和刚性状态之间自由切换．在该文章中,研究分析了层叠梁结构,通过理论推导和数值模拟,对其力学性能做出了很好的预测,同时为此类结构的研究提供了有效可靠的思路和方法．     

一种新的墙单元

本文提出了一种新的空间墙单元模型，这种墙单元把土建中常用的剪力墙作为它的一种特殊情形．本文基于四边形单元所提出的墙单元在平面内是一块膜，它除面内的两个平动自由度外还具有绕平面转动的自由度；平面外是一块弯曲板．因而它是膜和板的一个组合，它的每个节点具有空间的全部六个自由度．由于考虑了空间墙平面内和平面外的刚度，因此这种新的墙单元能够直接与三维框架的梁、柱单元连接．它也能很容易地处理墙的空间变形。     

The Stress State of Multilayer Flexible Cylindrical Shells of Variable Stiffness

The deformation of flexible multilayer circular cylindrical shells of variable stiffness is studied under a refined theory that accounts for the inhomogeneity of transverse shear strains. The effect of variation in the thickness at constant weight on the stress–strain state of a shell is analyzed     

单峰接触研究及其在分形表面接触中的应用

基于有限元方法,建立了弹塑性单峰的接触模型.粗糙峰为理想的弹塑性材料,为了考虑不同的材料特性对微凸体变形的影响,分别对9种不同的材料进行了分析.根据有限元计算结果,分析了接触面积,平均接触压力和接触力与变形干涉量之间的关系,并进行了经验公式的拟合.单峰接触所经历的4个不同的阶段,以及不同阶段之间的转化点均作了明确的表达.然后,根据分形理论,将单峰接触模型扩展到了三维的粗糙表面的接触,并提出了一个计算接触表面法向刚度的模型.通过与实验数据和以往模型的结果对比,证明本文中所提出的模型具有较高的精度.     

翼型跨音速流动计算和外形设计的变域变分有限元方法

在气体动力学问题研究中经常会碰到诸如激波、翼型设计等未知界面问题。未知界面的存在为该类问题的理论分析和数值求解带来了很大困难。刘高联针对未知界面问题发展了一种变域变分有限元方法,该方法将未知界面看作是一个变化区域的边界,采用变域变分将未知界面结合在变分泛函中,使其与求解流场的控制方程结合起来,从而将未知界面的求解和流场的求解完全耦合进行,因而是一种处理未知界面的独特工具,极适合于气动外形的设计求解。本文运用变域变分有限元方法对翼型跨音速流动正、反命题进行了数值研究。由于在跨音速翼型绕流中存在激波,所以为了得到压缩激波解,采用了“人工密度”办法。几个算例均得到了满意的计算结果和设计结果,证明了本文方法的有效性和优越性。     

单桩的动刚度测试和数据处理方法的研究

依据地基动力特性测试规范（GB/T50269-97）,提出了测试桩基竖向动刚度的稳态-敲击激励综合试验法，应用实验模态分析技术识别了桩基的模态参数，成功地完成了陕西某热电厂试桩的动刚度测试。