几何非线性混合应变元的构造及应用

本文基于由文献〔１〕导出的几何非线性混合应变元一般公式，构造了三个八节点六面体几何非线性混合应变元和Ｓｉｍｏ－Ｒｉｆａｉ的二维四边形线性应变元的几何非线性混合应变元。数值结果表明，所构造的二维及三维几何非线性混合应变元具有理想的性能。它们通过分片试验，且没有虚假剪切现象和不可压缩材料的自锁。同时，它们对歪扭网格不敏感，在利用粗疏网格离散时对线性和非线性（几何和材料）问题具有很高的精度。     

弹塑性杂交/混合有限元法与实施

本文提出两种结构弹塑性分析的有限元方法——杂交/混合非协调元法。该法采用场变量分解,文[1]对增量形式的杂交应力元能量泛函进行修正,简化了高阶矩阵的求逆运算,从而提高了多变量非线性有限元分析的计算效率和收敛精度。文中按文[2]给出的第二种能量泛函的修正形式建立了弹塑性平面问题中的杂交/混合非协调四边形单元。最后给出算例,并与实验解及文[3]解进行比较。表明该方法分解弹塑性问题是十分有效的。     

板壳非线性问题的曲壳有限单元法

本文基于总体Lagrange坐标描述法,采用Kirchhoff应力张量定义和Green应变张量定义,导出了分析板壳非线性问题的曲壳有限单元法。通过引入新的单元几何非线性关系,本文方法可用于分析板壳的大挠度大转角情况。由于采用了材料本构关系的修正子增量形式,提高了有限单元的分析计算精度。本文采用增量—拟牛顿—子增量迭代技术求解板壳的荷载一位移曲线,与传统迭代方法相比大大提高了计算效率。此外,对于板壳任意边界条件的形成和任意初始形状的考虑问题,本文分别导出了罚单元法和局部坐标转换法予以处理。经计算比较,证明本文方法可以有效地用于板壳的弯曲、屈曲及屈曲后性态和极限强度等问题的非线性分析。     

有初始缺陷的板壳的大挠度分析

本文采用收敛快、精度高的几何非线性拟协调双曲扁壳单元[1]和基于特征刚度法的自动增量加载系统[2],研究具有初始几何缺陷的板壳非线性稳定性问题,并提出以修正初始曲率的方法统一处理这类问题。     

关于壳体非线性应变分量的教学探讨

<正> 亮体非线性应变分量的研究十分重要,文[1]在这方面作了许多工作,但其在推导壳体非线性应变分量的一般公式时,对略去“微量”后是否会影响公式的一般性未作说明,因而文[2]给予补充,借助张量分析,得到了正交曲线坐标系下壳体非线性应变分量的表达式,使其更加完整,所得结果与文[3]完全相符.如学生对张量分析比较陌生,按这种分析方法讲解,就会使     

复合材料结构几何非线性分析

本文采用退化的等参壳元分析了复合材料板、壳结构的几何非线性特性。数值计算表明：与各向同性材料不同,即使在很小的载荷和挠度下,几何非线性对复合材料结构的影响也是相当显著的。     

饱和多孔介质中的混合有限元法和有限应变下应变局部化分析

对基于Biot理论的饱和多孔介质中动力-渗流耦合分析提出了一个耦合场混合元．固相位移、应变和有效应力以及流相压力、压力梯度和Darcy速度在单元内均处理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饱和多孔介质动力-渗流耦合问题控制方程的单元弱形式，导出了单元公式．进一步导出了考虑压力相关非关联塑性的非线性单元公式和发展了相应的一致性算法．对几何非线性分析，采用了共旋公式途径．数值结果例题显示所发展耦合场混合元模拟大应变下由应变软化引起以应变局部化为特征的渐进破坏现象的性能．     

对称的简支梯形底扁球壳的非线性分析

弹性板壳的几何非线性分析已被广泛的研究,然而,目前的大部分工作都局限于简单的边界条件和规则的矩形或圆(环)形域,对工程实践中普遍存在的不规则形状板壳的研究工作较少。国内关于梯形板的研究工作参看文献[2—4],文献[5]是国外用摄动法研究了周边固支不可动平行四边形板的非线性弯曲,文献[6]用差分法研究了同一问     

增量原理有限元分析非线性橡胶类材料

1.引言橡胶类材料构件的几何和材料性能都是非线性的,而且材料的非线性关系一般用三个变形张量不变量表述。本文基于势能驻值原理。采用以变形前的构形为参考状态的Lagrange法。以该状态的Green应变张量的物理分量和Kirchhoff应力张量的物理分量建立起适用于大位移和大应变的增量形式的有限元计算列式。列式中考虑了不平衡力的修正项和不可压缩性偏差的修正项。由于在工业上使用的受力的橡胶类构件多半为轴对称     

大转动曲边柱壳非线性3-D动力学建模及分析

对曲边柱壳受轴向非均匀内压作用下的大转动几何非线性3-D动力学行为进行了研究.基于Nayfeh and Pai[1]非线性壳体理论,给出了考虑几何非线性的3-D混合型（含内力与位移）动力学模型.为了克服该强非线性模型难以求解的问题,依据分析获得的结构静动态变形关系,采用Lagrange方程推导建立了基于结构静态解的曲边柱壳多自由度3-D动力学方程,并对其进行了线性化与降阶处理,结合差分法获得了一套高效的求解算法.与LS-DYNA有限元结果的吻合,验证了本文方法的正确性.最后分析了单元数和计算时间步分别对有限元模型和本文方法的影响,发现求解精度随着计算时间步的减小不断提高直至趋于稳定.同时对采用本文方法获得的曲边柱壳动态变形模式的分析表明:结构动态响应与其所受内压载荷沿轴向的分布形式关系紧密,可以通过改变或者设计内压轴向分布形式来影响以及控制结构的动态变形模式,从而应用于曲边柱壳结构设计及优化的工程实际中.     

拱屈曲荷载分析的三维退化曲梁单元有限元法

在三维块体等参元及１６结点相对位移板壳元的基础上,引入梁的基本假定,考虑几何非线性,构造出三维退化曲梁单元,计算了梁、拱线弹性屈曲临界荷载。     

薄板与圆柱薄壳大挠度计算的混合法

板壳几何非线性问题主要是从两个方面进行分析的:一是“微分方程法”,即求解非线性(对于薄板是指冯·卡门)微分方程组;二是“能量法”,即由总能量泛函的极值或驻值条件给出问题的解,也就是依据最小势能原理或最小余能原理来求解。本文提出一组介于“能量法”与“微分方程法”之间的混合方程:这就是,采用板、圆柱壳的中曲面势能泛函的极值方程以及挠曲平衡微分方程,共同作为分析其几何非线性问题的控制方程组。这组混合方程既有能量的概念又有平衡的概念——控制方程组中既有积分方程又有微分方程,这与传统的计算途径有所不同而具有一定的优越性。文中从变分原理证明了所提出的混合方程组的极值解即为该问题的真实解,并给出“中面自变函数u、v的泛函π的极值原理”。     

拉格朗日几何非线性混合应变元

本文应用由Ｓｉｍｏ和Ｒｉｆａｉ建议的混合假定附加应变途径，采用第二Ｐｉｏｌａ－Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ应力张量和Ｇｒｅｅｎ－Ｌａｇｒａｎｇｅ应变张量作能量共轭的应力应变度量，导出了Ｌａｇｒａｎｇｅ几何非线性下的胡海昌－Ｗａｓｈｉｚｕ三变量变分原理的Ｇａｌｅｒｋｉｎ形式以及相应的混合假定应变元公式。     

非线性弹性有限条分析

本文探讨适用于板壳结构物理非线性分析的半解析有限元法,可用以求解各种材料,任意形状与边界以及变厚度的平板与柱壳问题,将在很大程度上节省计算工作量。文中还讨论了非线性特性的结构效应。     

改进的Prandtl—Reuss理论与有限元杂交／混合变刚度法

1 引言常规弹塑性有限元法基于传统的流动法则与Prandtl-Reuss 理论.由位能原理导出的某些迭代算法在计算效率和收敛速度方面是偏于保守的.再者,由于Mises 材料的不可压缩性,它的应力不能由变形唯一地确定。导致常规算法数值求解的极大困难.采用某些特殊的修正技术或引用广义变分原理的协调模型及杂交模型是克服这种数值奇性的有效途径.在本文中,作者改进了传统的Prandtl-Reuss 理论,提出等向强化Mises 材料的拟流动准则及应变增量假设的新想法.并引入文[7]修正余能原理的杂交/混合模型.由此建立     

板壳结构的应力约束拓扑优化设计

应用ICM 方法求解应力约束板壳结构拓扑优化问题,建立了寻求应力约束下结构重量极小化,每个设计变量控制多个单元的板壳结构拓扑优化近似显式的ICM 模型. 依据畸变能理论,将应力约束转化为畸变能约束,减少了约束数目. 采用精确对偶映射下的序列二次规划算法进行求解. 以MSC.Patran 及MSC.Nastran 软件作为二次开发平台,应用PCL 语言实现本文算法. 算例对于设计变量数等于单元数时的情况进行了计算,表明该方法有效可行.     

复合材料层合板壳非线性力学的研究进展

复合材料层合板壳是由多种组分材料组合而成.与单一材料的板壳结构相比,它无明确的材料主方向,各层间材料间断和不连续,具有明显的几何非线性和材料非线性等新的特点.其失效模式也远比单一材料的情况复杂,具有如基体开裂、脱胶、分层、分层裂纹偏转、多分层以及分层传播等多种模式.各国学者基于不同的考虑,提出了多种方法研究复合材料层合板壳的失效.首先,在简要介绍了层合板壳线性力学基本理论的基础上,重点回顾了层合板壳结构非线性力学几种基本理论发展的过程,主要阐述了经典大挠度非线性理论、一阶剪切变形理论、高阶剪切变形理论、锯齿理论、广义分层理论的理论体系及基本公式,并对几种理论之间的联系和差异进行了总结;其次,介绍了当前层合结构非线性领域的研究进展,综述了典型复合材料板壳结构的失效机理及优化设计、复合材料板壳结构在复杂环境下的破坏机理、复合材料板壳结构的物理非线性、含脱层纤维增强复合材料板壳结构的破坏机理等各研究热点的最新研究成果;最后,对该领域未来的研究方向进行了展望.     

板壳有限变形精确理论及有限元列式

以位移型退化壳理论为基础,提出了板壳模型的有限变形精确理论,该理论引入转动伪矢量概念,充分发挥刚性线段的运动学模型和有限转动矩和作用,精确表达非线性位移－应变关系,抛弃以往的小位移、小应变、小转动增量乃至小加载小长等各种简化假设,并严格遵循能量共轭关系建立有限元平衡方程,能够可靠和有效地用于板壳结构的大位移、大转动分析。算例表明,该文列式在弹性范围内具明显的平方收敛效率,并且计算结果与加载步长无关。由于不受小加载步长、小转动增量等的限制,实现了板壳几何非线性问题的大步长加载。     

圆柱壳孔边裂纹应力强度因子的计算和分析

从Reissner壳体理论出发,将“局部-整体分析法”应用于圆柱壳孔边裂纹问题,比较精确地计算了圆柱壳孔边轴向裂纹和环向裂纹的应力强度因子,获得了应力强度因子随壳体几何尺寸、开孔大小及剪切刚度变化的规律。以作者在文[7,8]中的有限元分析结果为基础,推广Petroski-Achenbach方法,建立圆柱壳孔边裂纹问题的权函数,分析计算了圆柱壳孔边裂纹问题,获得了较好的结果,最后给出了便于工程应用的较精确的计算鼓胀系数的近似公式。     

弹塑性板壳结构非线性有限元分析

本文根据塑性流动理论的基本公式，由隐式积分导出了与路径无关的变量更新算法和一致切线模量。采用单元广义应力应变直接离散塑性流动定律，构造了杂交应力单元一致切线刚度矩阵的显式表达式，编制了结构有限元程序ＳＡＦＥ，数值算例表明：本文的计算方法和计算程序是正确可靠的，可用于弹塑性板壳结构的非线性分析，计算结果屈曲临界载荷和极限承载能力。