空间各向异性弹性问题的八节点理性单元

常规单元的插值函数通常仅考虑单元的几何形状与节点位置,而忽略了反映物理问题关键特性的物性参数,从而降低了其数值分析的效果。相反,理性有限元法是取问题微分控制方程的多项式基本解作为单元内的插值函数,其所形成的刚度阵与问题的物性参数紧密相关,因此它避免了常规有限元法对物理问题和数学问题的割裂,可显著提高数值分析的稳定性和精度。本文利用空间各向异性问题的基本解,构造出满足分片实验要求的八节点理性块体单元。数值算例表明,本文给出的理性单元不仅具有较高的求解精度,而且具有良好的数值稳定性,尤其是对较为畸形的单元反应不敏感。     

空间理性八节点块体元

推导出空间八节点块体理性有限元列式，采用具有直到三次多项式的空间问题的微分方程的解作为插值的近似函数，数例结果表明空间理性八节点块体元的有效性。     

平面八节点四边形理性元

推导平面八节点四边形理性有限元列式,采用具有直到四次多项式的平面问题的微分方程的解作为插值函数,算例结果表明平面八节点四边形理性有限元的有效性.     

精化不协调平面八节点元

用直角坐标表示的多项式直接插值，建立了满足的收敛要求的不协调平面八节点单元，其列式比等参协调元法简单，直接，单元精度高且可推出刚度阵显式。     

一个新的八节点非协调曲边四边形平面单元

本文在文[1]和文[2]的基础上,提出构造非协调有限元的新方法。该方法不用一般的变分原理,可适用任意变系数正定和非正定偏微分方程。利用这一方法得到一个新的八节点四边形平面应力单元。与一般有限元相比,位移和应力可提高一阶收敛精度。形成单刚矩阵时,不需要进行数值积分。单元之间的协调条件容易满足,文中给出收敛性证明。文末给出数值算例,表明利用本文的方法,应力和位移均可获得满意的数值精度。     

各向异性轴对称问题的弹性动力学解

呈现一种简便的解析方法，求解了各向异性轴对称有界结构的弹性动力学问题在实例中，计算了各向异性带孔圆板的动应力响应历程和分布规律     

无单元法求解正交各向异性板自由振动问题

无单元法是一种新出现的数值方法。本文对无单元法的数学基础—滑动最小二乘法进行了详细的研究,推导了无单元法的形函数,并对一些关键问题,如权函数的选取,正交基函数,边界条件,数值实现方法等得出了研究结论。用无单元法研究了正交各向异性板的自由振动问题,由动力学变分原理和滑动最小二乘法导出了正交各向异性板的无单元法质量矩阵和刚度矩阵,编制了相应的计算程序,通过计算实例验证了该方法的有效性。     

广义平面矩形与空间矩形块体单元

建立一类新的平面矩形与空间矩形块体单元,形函数构造考虑了单元内部不同方向位移间的耦合效应,通过对形函数引入耦合附加项,从而较真实地描述了单元内部场和节点值之间的函数关系.数值试验表明新的类型单元实施方便,较传统类型单元有更高的精度.     

各向异性弹性力学问题Hamilton正则方程的一般形式

本文从修正后的Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分原理出发，导出了由２１个弹性常数组成的各向异性材料的混合方程，并证明它们即是Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则方程。由该统一形式还给出了角铺设材料和正交各向异性材料的Ｈａｎｉｌｔｏｎ正则形式。     

三维弹性接触问题的接触面单元法

基于虚功原理，推导了三维接触面单元的刚度矩阵，并引进预留单元的概念，避免了接触过程中由于接触面变化节点和单元需要重新编号的麻烦．文中算例验证了计算方法的有效性     

一个基于膜板比拟理论的四节点二十四自由度的平板壳单元

应用膜板比拟关系 ,可以避开 c1 连续性的困难 ,为板单元的构造提供了一种新的途径 ,并已成功地构造出一系列相应的板单元。本文构造了一个四节点二十四自由度的平板壳单元 ,该单元由平面四节点理性元 RQ4(膜部分 )和由膜板比拟理论构造的一个四节点十二自由度的板单元 (弯曲部分 )构成。该单元构造简单 ,数值结果表明具有很好的收敛性和精度。     

Superconvergence analysis of lower order anisotropic finite element

The convergence analysis of the lower order nonconforming element pro- posed by Park and Sheen is applied to the second-order elliptic problem under anisotropic meshes.The corresponding error estimation is obtained.Moreover,by using the interpo- lation postprocessing technique,a global superconvergence property for the discretization error of the postprocessed discrete solution to the solution itself is derived.Numerical results are also given to verify the theoretical analysis.     

基于边界元法求解三维弹性摩擦接触问题

边界元法求解三维摩擦接触问题,其中一个关键点在于如何确定滑移方向。即当出现相对滑移时,滑移方向如何确定。当前常采用的方法是,粘结点利用切向面力得到滑移方向,滑移点利用切向相对位移得到滑移方向。不过该方法难以保证收敛性。针对这一问题,本文采用滑移方向预测技术得到滑移方向。即以后出现相对滑移时,滑移方向采用预测技术中得到的滑移方向。由于摩擦接触问题和历史加载相关,本文采用增量法求解。不同摩擦系数下的数值结果都证明了本文算法的有效性和收敛性及滑移方向预测技术的有效性。     

求解弹性力学问题的有理单元法

传统的位移有限元法采用多项式形式的位移试函数,对于边数大于4的多边形单元,构造满足单元间协调性要求的多项式形式位移插值函数是一件困难的工作。本文利用逆距离权插值的思想并考虑到单元节点的分布,建立了边数大于4多边形单元上的有理函数形式的形函数。利用有理试函数,采用Galerkin法推导出求解平面弹性力学问题的有理单元法。采用有理单元法求解弹性力学问题,求解区域根据需要可以划分为任意多边形单元,极大地提高了网格划分的灵活性。有理单元法不依赖等参变换,不同单元的形函数表达形式统一,方便计算程序的编写。     

A 3D pyramid spline element

In this paper,a 13-node pyramid spline element is derived by using the tetrahedron volume coordinates and the B-net method,which achieves the second order completeness in Cartesian coordinates.Some appropriate examples were employed to evaluate the performance of the proposed element.The numerical results show that the spline element has much better performance compared with the isoparametric serendipity element Q20 and its degenerate pyramid element P13 especially when mesh is distorted,and it is comparable to the Lagrange element Q27.It has been demonstrated that the spline finite element method is an efficient tool for developing high accuracy elements.     

一种新的计算各向异性材料裂纹尖端应力强度因子杂交元法

利用有限元特征分析法研究了平面各向异性材料裂纹端部的奇性应力指数以及应力场和位移场的角分布函数,以此构造了一个新的裂纹尖端单元。文中利用该单元建立了研究裂纹尖端奇性场的杂交应力模型,并结合Hellinger-Reissner变分原理导出应力杂交元方程,建立了求解平面各向异性材料裂纹尖端问题的杂交元计算模型。与四节点单元相结合,由此提出了一种新的求解应力强度因子的杂交元法。最后给出了在平面应力和平面应变下求解裂纹尖端奇性场的算例。算例表明,本文所述方法不仅精度高,而且适应性强。     

Some fast 3D finite element solvers for the generalized Stokes problem

This paper is devoted to a comparison of various iterative solvers for the Stokes problem, based on the preconditioned Uzawa approach. In the first section the basic equations and general results of gradient-like methods are recalled. Then a new class of preconditioners, whose optimality will be shown, is introduced. In the last section numerical experiments and comparisons with multigrid methods prove the quality of these schemes, whose discretization is detailed.     

A 3D finite element ALE method using an approximate Riemann solution

Arbitrary Lagrangian–Eulerian finite volume methods that solve a multidimensional Riemann‐like problem at the cell center in a staggered grid hydrodynamic (SGH) arrangement have been proposed. This research proposes a new 3D finite element arbitrary Lagrangian–Eulerian SGH method that incorporates a multidimensional Riemann‐like problem. Two different Riemann jump relations are investigated. A new limiting method that greatly improves the accuracy of the SGH method on isentropic flows is investigated. A remap method that improves upon a well‐known mesh relaxation and remapping technique in order to ensure total energy conservation during the remap is also presented. Numerical details and test problem results are presented. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Finite element analysis of mode III steady crack growth in anisotropic hardening materials

In this paper, the steady crack growth of mode III under small scale yielding conditions is investigated for anisotropic hardening materials by the finite element method. The elastic-plastic stiffness matrix for anisotropic materials is given. The results show the significant influences of anisotropic hardening behaviour on the shape and size of plastic zone and deformation field near the crack tip. With a COD fracture criterion, the ratio of stress intensity factorsk _ss/k_c varies appreciably with the anisotropic hardening parameterM and the hardening exponentN.     

功能梯度材料板件三维分析的半解析梯度有限元法

将半解析有限元与梯度有限元相结合,形成一种半解析梯度有限元来求解功能梯度材料板件问题。该方法兼有有限元法的适应性强、程序统一,半解析有限元法的节省单元与计算工作量,梯度有限元法的适应构件内部材料性能任意梯度分布等特点,并实现用一维数值计算给出构件三维分析结果。算例分析表明了方法的精度、功能与上述特点,充分揭示了功能梯度材料板件力学响应的三维形态。半解析梯度有限元法可推广应用到其他功能梯度材料面结构的各类分析中。