一种简单矩形板弯曲通用元素

1.前言按文献[4]的提法,对于同时适用于具有三个广义位移的平板理论以及板经典理论的有限元素,可称为通用元素。建立通用的位移模式的元素,比起建立内力、混合、杂交等模式的通用元素来更为麻烦。困难在于三广义位移平板理论中,挠度ω及两个转角ψ_x、ψ_y是三个独立的变量,必须分别构造满足收敛准则的插值函数,而当剪切刚度逐渐增大,直至等于无穷大时,ψ_x、ψ_y又成为非独立变量,相应的位移插值函数要求能退化到满足薄板理论中直法线假设的形式。目前能解决这一困难的通用元     

车桥耦合振动分析的两种常用插值方法比较

利用模态综合法分析车辆与桥梁之间的相互作用时,合理地构造桥梁的插值振型函数可以大幅提高计算精度.其中,分段三次Hermite插值函数和三次样条插值函数较为常用.为研究二者的异同,以简支梁桥为例分别采用这两种插值函数构造结构梁单元模型的一维插值振型函数和板单元模型的二维插值振型函数.基于以上两类插值振型函数,分析单自由度簧上质量匀速过桥时,桥梁的跨中位移、跨中梁底正应力和轮-桥接触力时程响应.结果表明:无论是一维问题还是二维问题,由三次样条插值法构造的插值振型函数与结构的实际振型较为吻合,计算结果具有较高的收敛性和精度.而要达到相同的精度,分段三次Hermite插值法则须加密单元网格,但其误差仅存在于独立网格内,不会累积放大.     

基于位移插值的Voronoi单元有限元方法

Voronoi单元有限元法是模拟颗粒增强复合材料非常先进有效的数值方法之一.为了克服它在构造插值函数时的困难,本文通过有限覆盖技术,对Voronoi单元进行了改进,提出了基于位移插值的Voronoi单元有限元方法,该方法的优点是只要知道夹杂中心点位置和Voronoi单元节点坐标,经过三次数学覆盖,即可形成Voronoi单元的位移插值函数.该方法形函数构造简单,容易实施.最后给出了数值模拟算例,并与现有的方法进行了比较.     

弹性薄板分析的条形传递函数方法

提出一种用于矩形弹性薄板变形分析的条形传递函数方法．一个矩形区域首先沿某一个方向被剖分成若干个条形子域,分割这些子域的直线称为结线,在结线上定义位移函数,它是结线坐标的一维函数,结线的两个端点称为结点．为适应复杂边界条件,在边界结线上定义若干结点,该结线的位移函数用结点位移参数插值表示．每个条形子域的变形用结线位移函数和适当的插值函数（形函数）表示．结线位移函数和结点位移参数满足的平衡微分方程及代数方程由变分原理给出     

用样条函数法分析旋转组合壳

本文采用不等距三次Ｂ样条函数对旋转壳在整体坐标下的位移进行插值，给出了周向插值所必需满足的周期性条件，采用罚单元法，给出了组合壳体在整体坐标下的协调关系，与惯用方法相比，这种方法简单明了直观性强，易于接受。文末给出了算例。     

用样条函数法分析旋转组合壳

本文采用不等距三次Ｂ样条函数对旋转壳在整体坐标下的位移进行插值，给出了周向插值所必需满足的周期性条件，采用罚单元法，给出了组合壳体的整体坐标下的协调关系，与惯用方法相比，这种方法简单明了直观性强，易于接受。文末出出了算例。     

Delaunay多边形单元的有理函数插值格式

本文提出了基于Delaunay多边形化的多边形单元有理函数插值格式。给出了Delaunay多边形化的概念和Delaunay多边形单元有理函数插值形函数的计算表达式。与Delaunay三角化网格不同，Delaunay多边形化网格形成对区域的唯一剖分。Delaunay多边形单元有理函数插值是以Delaunay多边形的顶点作为插值点，构造的有理函数形式插值。Delaunay多边形单元有理函数插值克服了有限元方法中难以构造边数大于4单元多项式形式位移插值的困难。有理函数插值形函数在多边形单元的内部是无穷次光滑的，在多边形的边界上是线性的。在三角形单元和矩形单元上，有理函数插值分别等价于有限元的三角形面积坐标插值和四边形双线性插值。给出了Delaunay多边形有理函数插值在圆域温度分布插值近似中的两个算例。     

弹性基础上无缝轨道应力分析的半解析法

从钢轨应力分析的要求出发,提出了弹性基础上开口厚壁杆的半解析计算方法.轨道截面上沿纵向的正应力分为弯曲正应力和约束扭转正应力,弯曲正应力可以根据弹性基础梁的弯曲理论求得,而约束扭转正应力将采用本文的半解析方法.把钢轨的横截面离散为有限单元,将位移(z方向)解表示为横截面上一个离散的数值函数(称为拟扇性坐标ω(x,y))与长度方向上的解析函数相乘的形式.用最小势能原理求解横截面上拟扇性坐标ω的有限元解和长度方向上解析函数表达式.以75kg钢轨为算例,计算了ω、-((e)ω)/((e)x) y和x-((e)ω)/((e)y)的结果,通过它们可以进一步计算钢轨中的约束扭转正应力和截面上的剪应力.     

Kelvin问题的一种解法

1.Kelvin问题所对应的定解问题在无界弹性体内,把集中力的作用点选为坐标系Ox_1x_2x_3的原点.设集中力的大小为P(常数),其方向沿单位矢量n,则此集中力可表示为Pδ(x)n,其中δ(x)为Dirac的δ函数,x为空间中一点的位置矢.弹性体内各点的位移矢量u是点的坐标的函数,表示为u=u(x).位移u在无界域中所应满足静     

用连续质量有限元素法求解动力系统的固有特性

1.问题的提出在求解动力系统的固有特性时,现在常用的有限元素法的核心在于对所研究的元素假定位移(插值)函数.它们通常是与振动频率无关的纯几何函数.应用这种函数导得的“质量矩阵”和“刚度矩阵”去求解系统的固有特性,阶数是有限的,误差随阶次增高而加大.就频率而言通常只有前半数能满足工程使用要求,振型及其导数     

高精度的简单矩形板弯曲元素用于稳定性及振动分析

本文将文献[1]的高精度的简单矩形板弯曲元素用于薄板的稳定性及振动分析。利用该文构造的位移插值函数,采用一致法,具体推导了三种典型载荷作用下元素的几何刚度矩阵以及质量矩阵.实例计算结果表明,文[1]元素用于稳定性及振动分析时,与用于静力分析时一样,收敛较快、精度较高。各例的计算误差均要比目前仍常用的 ACM 元素小得多.     

建立基于力的变截面梁单元质量矩阵的新方法

基于位移的有限梁单元中三次Hermite插值函数不能有效地描述变截面梁单元内部位移变化,只能通过加密网格增加单元数解决,会造成计算量增大。基于力的有限梁单元由于使用的力插值函数不受截面形状变化的影响,在处理变截面梁时有很大优势,可以得到精确的位移插值函数,利用较少的单元可以达到很高的精度,解决了基于位移的有限梁单元在处理变截面梁时的不足。本文得到了考虑剪切变形的位移插值函数和考虑转动惯量的一致质量矩阵。利用算例验证了本文理论的正确性和高效性。     

三角形薄板单元的积分分类和积分公式

薄板弯曲的三角形单元,如果在节点处仅用位移和它的一次导数来描述,则多项式形函数并不能保证完全协调,因而对某些不规则网格,其计算精度很差.为了克服这一缺点,通常采用多项式位移函数补充一个在节点处二次导数不是唯一值的有理修正函数.尽管这样会导致由于引进有理修正函数而具有奇异节点,但可满足单元协调要求.譬如.文献、中用三个有理修正函数ε_1,ε_2、ε_3补充到一个三次多项式中去,以确定一个完全三次多项式的协调元.在三角形面积座标中,三个有理修正函数为     

多边形有限单元形函数的比较研究

多边形有限单元形函数有wachspress插值、Laplace插值和平均值插值三种类型.本文对三种多边形有限单元形函数的性质作了比较研究,给出了三种形函数各自的优点和局限性.Waclaspress和Laplace形函数是有理函数形式,而平均值形函数是无理函数形式.三种形函数均满足单位分解性、线性完备性,且在单元边界上呈线性.在三角形单元上,它们都等价于三角形面积坐标插值.在矩形单元上,Wachspress和Laplace形函数等价于双线性多项式插值形函数.Wachspress和平均值形函数适用于任意凸多边形单元,Laplace形函数更适用于圆内接多边形单元.Wachspress形函数不能推广到含有边节点的单元,平均值形函数可以直接推广到含有边节点的单元.数值试验,验证了本文理论分析的结论.     

样条有限层法解厚板静力和动力问题

有限层法把三维问题化为一维问题,未知数大为减少,有利于小机子解题。文献[1]提出的有限层法,在层与层之间采用线性插值,这样在分界处仅保持位移连续,而应力不连续,导致计算精度下降。本文用样条有限层法,在z方向用三次样条函数逼近,在x,y方向用级数逼近,这样在整个域内不仅位移连续,而且应力连续,计算精度大为提高。     

高维线性插值方法及其在3维温度场计算中的应用

通过分析1维和2维线性插值可以推导出任意斜角直线坐标系下n维线性插值的一般计算公式以及有唯一解的条件,这一结论能够应用于三维温度场计算。可以将n维插值问题归结如下:已知n 1维空间中的n 1个点的坐标以及第n 2个点的n个坐标分量xn 2,1,x n 2,2,,xn 2,n,求解该点的第n 1个坐标分量xn 2,n 1。根据线性插值定义,第n 2个点位于前n 1个点所确定的n维超平面上。根据这一条件列写方程、求解方程可得到插值xn 2,n 1。n维插值问题有唯一解的条件是已知的n 1个点在n维空间中构成的多面体的体积不为0。推导过程在斜角直线坐标系中完成,因而结论具有较大普适性。     

带裂纹角钢形截面杆抗扭附度和第三型应力强度因子的计算

本文是作者前一工作的继续,文中讨论了开裂角钢形截面抗扭刚度和第三型应力强度因子的计算方法.对于图1所示截面,若令扭转问题中的应力函数为φ(x,y)=-x~2 u(x,y) (1)不难导出对于函数u(x,y)的定解问题为((?)~2u/(?)x~2) ((?)~2u/(?)y~2)=0,u|L=x~2 (2)其中L 表示截面的周边.同时抗扭刚度为D=μJ J=2(?)(-x~2 u(x,y))dxdy (3)     

Biot平面固结分析的流形单元法

基于数值流形方法和有限覆盖技术,提出了适用于Biot固结分析的三节点平面协调流形元。由于土骨架位移和孔隙水压力的节点覆盖函数(Lagrange插值函数)阶次可分别任意选择,该单元是一组满足位移和孔压插值阶次不同且所有节点具有相同自由度数的新型u-p混合模式单元,并且更加方便编程。数值分析表明,位移和孔压的节点覆盖函数阶次分别取一次和零次的流形单元(T1-0)是该组单元中最为有效的。与等价四边形等参元相比,T1-0流形元能给出精度更高的初期孔压和位移。     

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。     

含一个无外力圆柱面带转动的三维杂交应力元

根据一种修正的余能原理,建立了一类具有一个无外力圆柱表面及结点含转动自由度的8 结点新型三维杂交应力元. 单元边界位移场选择二次位移插值函数,且与相邻元协调;单元内假定应力场满足以柱坐标表示的平衡方程及圆柱面上无外力边界条件. 数值算例表明,这种特殊杂交应力元在相当粗的网格下即能十分准确地分析圆弧形槽口附近及曲梁的三维（及二维）的孔边应力分布.