集中力拉伸楔体大变形理论分析及数值计算

对任意向集中力拉伸用下的橡胶类材料楔体尖端应力应变场进行了渐近分析,并利用有限元与无限元耦合作了数值计算,结果表明大应变情况下,楔体尖端场处于单向拉伸状态,应力主奇异项为ｒ＾－λ,ｒ为变形后至顶点距离,λ依赖于材料本构常数,数值计算与理论解吻合很好。     

带有初变形薄板的大位移和后屈曲分析

本文提出了一种适合于分析初弯曲板大挠度和后屈曲问题的有限元列式。基于总体的Ｌａｒｇｒａｎｇｅ描述，导出了计及初弯曲效应的非线性分析有关公式。计算表明，本有限元方法对于上述两类问题分析，结果精确，具有工程上的广泛应用价值。     

STACER伸展变形的一种计算方法

STACER是一种航天器上广泛应用的伸展机构,其储能部件由薄壁钢带经冷加工涡卷最终成型为螺旋管状.由于伸展长度可达装载高度的几十倍,钢带在展开过程中呈现为大挠度、大应变形变,机构伸展力的计算必然涉及强非线性问题;同时,钢带的构型、边界条件在伸展过程中不断变化,这些因素又增加了问题的难度,致使常用的商业软件已无法直接处理此类问题.此研究工作应用变分方法的思想,以研究钢带变形的几何特性为基础,构造出钢带构型恰当的可能函数空间,并利用形状函数随伸展长度的变化规律求出钢带的主应变以及变形能,再利用势能极小原理,确定出钢带的真实构型以及相应的变形能,最终利用变形能和虚功原理得出伸展力.这一方法既可以简化计算又可以得到钢带形状函数、伸展力的近似解析式,为伸展力影响因素的定量分析提供了条件.     

基于余能原理的有限变形问题有限元列式

利用基面力概念,推导了一种基于余能原理的有限变形问题显式有限元列式,可应用于结构的大位移、大转动问题。以基面力为状态变量来表达单元的余能,将有限变形情况下的单元余能分解为变形余能部分和转动余能部分,利用Lagrange乘子法推导出余能原理有限元的控制方程,编制了相应的非线性有限元程序。通过算例分析,说明该列式和程序的可靠性和精确性。     

脱体涡流型的数值计算

本文在回顾空气动力体大迎角脱体涡流场数值计算的发展过程之后,详细讨论了各种势流计算模型。      

一种面向舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方法

水下爆炸导致舰船结构毁伤是一个复杂的非线性大变形流固耦合过程,高精度的流固耦合计算是获得高置信模拟结果的关键。基于浸没边界思想,本文提出一种面向大变形壳理论的流固耦合数值方法,可精确刻画流固耦合界面并高效求解流固界面约束方程。基于该方法,本文提出了完整的适用于水下爆炸舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方案,并基于大规模并行编程框架,研发形成适用于舰船结构毁伤的流固耦合大规模并行计算软件。与泰勒平板理论解和水下爆炸结构冲击响应实验数据等进行对比表明,本文方法可有效模拟大变形流固耦合工程问题,具备较高数值求解精度。在此基础上,完成了水下爆炸整船结构毁伤过程大规模数值模拟。该方法可有效应用于舰船毁伤等级评估,应用前景广阔。     

润滑接触中弹性变形的快速数值计算

研究了弹性变形的计算特点 ,并在简单回顾卷积算法的基础上给出了一种利用快速傅立叶变换 (FFT)和离散圆卷积计算弹性变形的方法 .计算表明 ,通过对压力信号和影响系数 -响应函数 (Green函数 )进行简单的预处理 ,可以获得准确的弹性变形 ,其计算精度和多层网格积分法相当 ,而计算速度则是多层网格积分法的 3倍左右 ,是一种准确、高效的数值计算方法     

基于有限变形理论的数值流形方法研究

原有数值流形方法通过积累每一时步的小变形而得到结构最终的大变形,然而,当结构发生大变形、大转动时往往产生较大计算误差. 针对该问题,从动量守恒方程以及应力边界条件的积分弱形式出发,引入流形方法的插值函数,建立了基于有限变形理论的数值流形方法. 通过对比改进前后流形方法的计算迭代格式,指出了原有流形方法计算大变形问题时的误差来源. 最后,通过大变形悬臂梁和旋转块体算例对有限变形流形方法进行了验证. 数值结果表明,改进后的流形方法能够很好地处理大变形大转动问题,消除了转动所带来的计算误差,其计算结果与解析解及ABAQUS 软件求得的数值解相吻合.      

柔性梁大变形计算的一种新方法

研究了柔性梁大变形问题。常规Lagrangian有限元格式在处理大变形问题时,由于其单元插值函数不满足位移场的协调性要求,从而需要划分较多的单元,才能得到较好的结果。本文首先推导了Lagrangian坐标描述下的位移场变量满足的协调关系式,利用此关系式给出了位移场协调的非线性单元插值函数。基于虚功原理导出了梁大变形问题的非线性控制方程,数值计算结果证明了本文方法的正确性和有效性。     

岩石试件端面效应的变形局部化数值模拟研究

试件端面效应直接影响试件内的应力分布、试件破坏形式和剪切带图案。采用FLAC - 3D模拟了端面效应对岩石试件剪切带图案、速度场和位移场的影响。试样端部的缚束作用较强时 ,仅在试样中部出现X形的剪切带 ;反之 ,在试样端部出现了倾斜的剪切带。压头刚性越大 ,剪切带倾角越大。块体具有整体平移的特性 ,剪切带边缘位移梯度却较大 ,反映了块体沿剪切带发生滑动的剪切破坏本质。数值模拟结果可在众多的试验结果中找到佐证。     

编织复合材料弹性性能的细观力学模型

提出了编织复合材料弹性性能分析的细观力学模型，这个力学模型考虑了实际编织结构中的纬向和经向纤维束的曲屈，相邻纤维束之间的间隙和纤维束的横截面尺寸对编织复合材料弹性性能的影响，并探讨了在纤维束间纯树脂区内孔隙的含量和两种叠层结构对材料弹性性能的影响．理论计算结果与实测值的比较，表明所提出的细观力学模型是合理的．根据理论分析的结果，提出了优化单层和叠层编织结构的结构参数选择方法     

平纹织物复合材料的振动能量耗散以及阻尼分析

平纹织物复合材料由于编织结构的特点，对于振动能量有一定的衰减作用．交织纤维束相互间的阻滞作用以及聚合物基体的粘弹性质都会耗损一部分振动能量．本文应用能量原理和阻尼分析的方法解决了平纹织物复合材料的复杂结构损耗因子的计算问题．     

NONLINEAR MICRO－MECHANICAL MODEL FOR PLAIN WOVEN FABRIC

The warp yarns and weft yarns of plain woven fabric which, being the principal axes of material of fabric, are orthogonal in the original configuration, but are obliquely crossed in the deformed configuration in general. The orthotropic constitutive model is unsuitable for fabric. In the oblique principal axes system the relations between loaded stress vectors and stress tensor are investigated, the stress fields of micro-weaving structures of fabric due to pure shear are carefully studied and, finally, a nonlinear micro-mechanical model for plain woven fabric is proposed. This model can accurately describe the nonlinear mechanical behavior of fabric observed in experiments. Under the assumption of small deformation and linearity of mechanical properties of fabric the model will degenerate into the existing linear model.     

DEFORMATION ANALYSIS AND FAILURE MODELLING OF WOVEN COMPOSITE PREFORM IN GENERAL BIAS EXTENSION

A series of bias extension tests was carried out on balanced plain woven composite preforms with various aspect ratios, disclosing that different aspect ratios may result in different initial failures. An energy method is adopted to quantify several deformation modes. By the competition of the required energies, the initial failure is predicted, showing a good accordance with the experimental observation. The results of the present research are valuable for the further understanding of the material’s behaviour in bias extension test. It also provides an effective way for modelling the material’s formability in other more complicated forming processes.     

含孔平面编织混杂铺层层合板压缩破坏仿真

对ANSYS软件平台进行了二次开发,建立了平面编织混杂铺层层合板损伤累积有限元模 型,对含孔平面编织混杂铺层层合板的压缩破坏行为进行了仿真计算. 研究结果表明,所建 模型能够较好地仿真含孔平面编织层合板的损伤破坏过程,并能准确预测层合板的 损伤类型、损伤扩展以及破坏强度;同时提出并验证了适合该类型层合板的损伤判 据和衰减准则. 该模型所给结果形象直观,适合工程应用.     

非连续变形分析方法的改进及应用

首先,采用位移收敛判据对非连续变形的岩石断裂分析进行改进并程序实现. 其次,将非连续变形分析方法和裂隙网络渗流模型结合起来,建立了渗流应力耦合分析模型,研究了裂隙岩体变形对渗流的影响以及渗流与应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征. 研究发现,主干裂隙控制着渗流场分布,考虑耦合作用时的水头值比不考虑耦合作用时大,说明考虑耦合后坡体更容易变形失稳. 改进前后裂纹扩展形态基本不变,表明程序计算的收敛判据是有效的.     

经受侧向撞击圆管的大变形分析

对两端固支圆管经受侧向撞击时的塑性大变形进行了实验研究和理论分析,理论预测值与实验结果符合很好.     

非连续变形分析方法的改进及应用1）

首先,采用位移收敛判据对非连续变形的岩石断裂分析进行改进并程序实现. 其次,将非连续变形分析方法和裂隙网络渗流模型结合起来,建立了渗流应力耦合分析模型,研究了裂隙岩体变形对渗流的影响以及渗流与应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征. 研究发现,主干裂隙控制着渗流场分布,考虑耦合作用时的水头值比不考虑耦合作用时大,说明考虑耦合后坡体更容易变形失稳. 改进前后裂纹扩展形态基本不变,表明程序计算的收敛判据是有效的.     

有初始几何缺陷的壳体弹塑性大变形分析

本文在等温小变形弹塑性内时本构方程偏量形式的基础上，导出了适用于大位移、大转动、小应变分析的弹塑性内时本构方程，进一步推导出了带有初始几何缺陷的非线性弹塑性问题的有限元方程，可用于分析缺陷对结构非线性弹塑性反应的影响，也可用于带缺陷的非线性问题求解及稳定性分析．     

ELASTIC BEHAVIOR ANALYSIS OF 3D ANGLE-INTERLOCK WOVEN CERAMIC COMPOSITES

A micromechanical model for elastic behavior analysis of angle-interlock woven ceramic composites is proposed in this paper. This model takes into account the actual fabric structure by considering the fiber undulation and continuity in space, the cavities between adjacent yarns and the actual cross-section geometry of the yarn. Based on the laminate theory, the elastic properties of 3D angle-interlock woven ceramic composites are predicted. Different numbers of interlaced wefts have almost the same elastic moduli. The thickness of ceramic matrix has little effect on elastic moduli. When the undulation ratio increases longitudinal modulus decreases and the other Young's moduli increase. Good agreement between theoretical predictions and experimental results demonstrates the feasibility of the proposed model in analyzing the elastic properties of 3D angle-interlock woven ceramic composites. The results of this paper verify the fact that the method of analyzing polyester matrix composites is suitable for woven ceramic composites.