结构非线性分析中求解预定荷载水平的改进弧长法

本文对目前广泛应用于结构非线性分析之中的弧长法进行改进。改进后的弧长法除保持原有优点外，能够在自动跟踪结构非线性平衡路径的同时，进一步求得位于结构平衡睡径任一区段的任意预先指定的荷载水平及相应的变形。本文的方法可以推广应用于求解预先指定的应力或位移。数值算例表明了本文方法的计算精度、效率及可靠性。     

求解预定位移水平的改进弧长法

为了在使用弧长法进行结构非线性分析时能够收敛到指定的位移,基于广义弧长的概念,对传统弧长法进行改进。改进后的方法不仅能够自动跟踪结构非线性平衡路径,同时能求得位于结构平衡路径的任意区段的任意预定位移时的受力状态。数值算例表明本文计算方法的精确度、效率以及可靠性较好。     

双相钢板料的单向拉伸断裂失效研究(Ⅱ)——弧长法非线性有限元分析

为了获得docol800DP双相钢板料的等效塑性应变和应力三轴度在单向拉伸断裂失效过程中的变化历程,对其拉伸过程进行了弧长法非线性有限元分析。根据试验得到的材料参数建立了双相钢单向拉伸试件的有限元模型,考虑大变形引起的几何非线性和塑性强化引起的材料非线性,模拟了试件拉伸变形的全过程。计算结果表明:弧长法可较好地模拟试件变形的全程,计算得到的典型变形阶段、集中性失稳带的分布及方向与试验结果吻合很好;发生失稳变形时的应变与理论分析结果一致。最后,给出了起裂点处失效参数的变化历程,为定量化研究双相钢材料的断裂失效模型提供准确的数据支持。     

弧长法在服役石油井架非线性全过程仿真中的应用研究

针对服役石油井架的结构特点,考虑几何和材料双重非线性因素,建立了非线性数学分析模型。采用弧长法对荷载-位移平衡路经进行了全过程跟踪研究;对服役井架提出了基于应力和模态进行模型修正、建立基准仿真模型的方法。以油田使用的两部石油井架为例进行仿真分析,结果表明:在屈服点以前,载荷位移曲线基本呈线性关系;载荷值达到临界点之后,位移值迅速增大,而载荷降低,井架结构失稳。应用该方法来跟踪结构非线性平衡路径的全过程可以实现其非线性全过程的仿真分析,能够确定井架的失稳状态、破坏形式、极限承载力,得到令人满意的结果,具有一定的实用价值,适合工程应用。     

求解力电耦合方程的控制弧长法

静电作用下的柔性薄板是微电机械的核心部件,其控制方程是变形控制方程和静电平衡方程构成的一组非线性耦合方程.本文在分别给出求解这两组方程数值方法的基础上,把控制弧长法进行了合理的推广,变直接加载电压为由构型控制的电压加载方式.结果表明这种方法不仅能够克服收敛性难的问题,而且能够得到致动板吸入失稳后的构形.算例还表明用本方法计算的吸入临界值要比用解析模型得到的临界值更接近实验值.     

基于弧长法的受压球壳稳定性分析

对受压球壳进行特征值屈曲分析,得到了前6阶屈曲模态及线性屈曲临界载荷;采用弧长法进行非线性有限元分析,对理想球壳施加初始扰动,通过2次扰动值折半的方法求得引起结构屈曲的最小扰动值,追踪到了屈曲分支点和全过程载荷-位移路线。基于前6阶屈曲模态位移,在受压球壳中分别引入2.5mm和1mm两种缺陷值,分析缺陷对球壳屈曲特性的影响。结果表明:取壳厚的0.5%即0.05mm时,得最小扰动值,近似模型与完善结构极值载荷的差值为0.93%;球壳是缺陷敏感性结构,缺陷的幅值和分布都对其极限载荷有影响,缺陷幅值与厚度比为0.1时,缺陷球壳承载力相对理想结构下降了约11%,缺陷幅值与厚度比为0.25时,承载力相对下降了约30%,说明提高球壳稳定性需要提高球壳加工精度。     

基于弧长法的加筋板后屈曲特性分析及试验

作为飞机上重要的承载部件,加筋壁板在发生初始屈曲后仍具有较强的后屈曲承载能力,因此研究其后屈曲特性对于确定破坏载荷具有重要意义。传统的特征值屈曲分析是以小位移小应变的线弹性理论为基础的,且不考虑结构在受载过程中结构构形的变化,因此误差较大。本文采用Riks弧长法,结合材料弹塑性理论对铝合金整体加筋壁板轴压加载后的屈曲破坏过程、传载机制、极限载荷进行了研究,并进行了轴压加载的试验验证,得到了加载过程中的应力、应变曲线以及极限载荷,还对后屈曲破坏形式进行了分析。数值模拟结果表明:本文研究的整体加筋板初始屈曲发生在蒙皮,后屈曲过程筋条是主要的承载部位,与试验中观察到的现象一致;试验中加筋板最终破坏部位发生在筋与蒙皮连接处,有限元模拟结果与试验中加筋板的最终破坏部位一致;数值模拟得到的极限载荷与试验的相对误差在5%以内。这表明基于弧长法的后屈曲计算能够准确跟踪整体加筋板的后屈曲平衡路径和预测极限载荷。     

基于能量等效原理的应变局部化分析:Ⅱ.有限元解法

以非局部塑性理论为基础,应用状态空间理论,通过局部和非局部两个状态空间的塑性能量耗散率等效原理,提出了一种求解应变局部化问题的新方法,以得到与网格无关的数值解.针对二维问题的屈服函数和流动法则导出了求解非局部内变量的一般方程,并提出了在有限元环境中求解应变局部化问题的应力更新算法.为了验证所提出的方法,对1个一维拉杆和3个二维平面应变加载试件进行了有限元分析.数值结果表明,塑性应变的分布和载荷-位移曲线都随着网格的变小而稳定地收敛,应变局部化区域的尺寸只与材料内尺度有关,而对有限元网格的大小不敏感.对于一维问题,当有限元网格尺寸减小时,数值解收敛于解析解.对于二维剪切带局部化问题,数值解随着网格尺寸的减小而稳定地向唯一解收敛.当网格尺寸减小时,剪切带的宽度和方向基本上没有变化.而且得到的塑性应变分布和网格变形是平滑的.这说明,所提方法可以克服经典连续介质力学模型导致的网格相关性问题,从而获得具有物理意义的客观解.此模型只需要单元之间的位移插值函数具有C~0连续性,因而容易在现有的有限元程序中实现而无需对程序作大的修改.     

弧长控制类方法使用中若干问题的探讨与改进

在结构非线性跟踪分析中，弧长控制类方法和能量控制类方法是两类最主要的方法。近年来，各类弧长方法由于概念简单明了、计算方便可靠而广为采用。本文首先对几种主要弧长方法的使用进行回顾和比较，并就跟踪失败的可能情况作简单探讨，进而针对部分可能失败的情况提出改进措施。再以一个同时存在跳跃及跳回现象且具有分枝路径的问题为例，将这几种弧长方法用于其变形全过程的跟踪分析，来验证所提出的改进措施，比较这几种弧长方法的跟踪能力。最后给出使用这些弧长方法的几点结论。     

非线性方程组的二次规划解法和应用

给出了非线性方程组的二次规划解法和应用 ,几个算例表明按拟牛顿法出现病态而不收敛 ,采用本法收敛极快。     

双曲偏微分方程的局部伪弧长方法研究

重点研究了局部伪弧长方法在处理偏微分方程,尤其是双曲型偏微分方程出现激波间断的奇异性问题,对比分析了全局伪弧长方法空间转化的形式及其网格自适应的性质。为提高求解效率,提出了局部伪弧长方法,利用激波间断的性质,给出了判断奇异点位置以及模板选择的方法,涉及如何处理激波振荡,如何引入弧长参数,以及怎样求解间断等问题。通过数值算例验证了局部伪弧长在激波捕捉和追踪方面的可行性,通过比较局部伪弧长方法与Godunov方法处理不同初值条件的双曲问题,显示出局部伪弧长方法处理双曲偏微分方程的优越性,为伪弧长方法应用到物理问题奠定基础。     

非线性系统模态分叉与模态局部化现象

运用匹配法和多尺度法对一个两自由度非线性系统进行了研究，详细分析了非线性系统的模态分叉和局部化现象     

弹塑性接触问题的非光滑非线性方程组方法

将求解三维弹性摩擦接触问题的非光滑非线性方程组方法推广到弹塑性(Mises材料)情形，提出了两种应用方法：一种是将非光滑非线性方程组方法和求解弹塑性问题常用的Newton—Raphson迭代方法结合起来；另一种是将问题写成统一的非光滑非线性方程组，直接求解。数值算例验证了两种方法的有效性，并进行了结果比较。     

A local pseudo arc-length method for hyperbolic conservation laws

A local pseudo arc-length method（LPALM）for solving hyperbolic conservation laws is presented in this paper.The key idea of this method comes from the original arc-length method,through which the critical points are bypassed by transforming the computational space.The method is based on local changes of physical variables to choose the discontinuous stencil and introduce the pseudo arc-length parameter,and then transform the governing equations from physical space to arc-length space.In order to solve these equations in arc-length coordinate,it is necessary to combine the velocity of mesh points in the moving mesh method,and then convert the physical variable in arclength space back to physical space.Numerical examples have proved the effectiveness and generality of the new approach for linear equation,nonlinear equation and system of equations with discontinuous initial values.Non-oscillation solution can be obtained by adjusting the parameter and the mesh refinement number for problems containing both shock and rarefaction waves.     

随机最优控制方法识别动力学系统局部非线性

利用随机动态规划方法可以得到线性二次型高斯问题的最优控制解．基于这一结果与系统辨识问题最优控制解的概念,将动力学系统中局部非线性结构参数的辨识问题转化为求解对应线性系统的最优控制问题,利用线性系统随机最优控制的理论与方法,结合FSM（ForceStateMapping）方法,提出了识别动力学系统中局部非线性回复力类型及结构参数的新方法．所研究系统由大的线性子结构与一个或多个非线性子结构组成,其中线性结构的模型参数已知,待辨识量为局部非线性结构参数．     

非线性系统模态分叉与模态局部化现象

运用匹配法和多尺度法对一个两自由度非线性系统进行了研究，详细分析了非线性系统的模态分叉和局部化现象。     

结构局部非线性修改灵敏度分析及其应用

以线性系统的非线性修改方法为基础，导出了局部非线性振动的灵敏度分析方法；提出了灵敏度为指导的优化设计思想，并将其应用于大型结构上的局部非线性因素的优化设计。文中介绍一些典型非线性特征的数学描述。最后，本文以火炮结构中的炮口振动为例，提出在炮口处增设炮口减振器的设计思想，并用本文方法对炮口减振器的参数进行优化设计，得到满意的结果。     

求解大型有限元方程组的EBE解法

本文通过对国外己有的ＥＢＥ方法进行改进，将适用于并行计算机的方法改为单进程计算机的算法。     

求解大型有限元方程组的EBE解法

本文通过对国外己有的ＥＢＥ方法进行改进，将适用于并行计算机的方法改为单进程计算机的算法。