葵花型索穹顶结构等效平面桁架静力计算方法

选取n次轴对称葵花型索穹顶结构的1/n,将空间轴对称结构等效为一次超静定平面桁架结构.给出了葵花型索穹顶结构撑杆不在同一径向上的内力和位移处理方法,推导了力法求解约束力的计算公式,提出了小变形时各点位移计算的位移传递矩阵和计算公式.最后,通过一个算例介绍了该方法的计算过程并与有限元计算结果进行了比较,内力和位移误差均在工程设计要求内,验证了方法的正确性和准确性.     

降落伞膜索非线性有限元模拟

用膜单元和索单元模拟降落伞织物绳索系统,基于完全拉格朗日格式的非线性有限元方法编程计算降落伞的结构动力学特性。采用增量与迭代混合方法改善非线性计算的收敛特性并结合HHT隐式时间推进方法减小整体迭代计算量。使用修正应力应变张量导数的方法模拟膜单元单向应力状态并针对膜单元和索单元分别进行了非线性有限元计算验证。最后针对C-9型降落伞建立三维有限元模型,根据设定流速对伞衣施加均匀压强载荷,将模拟展开的结果与使用相同模型、不同方法商业软件的文献进行对比,显示了隐式非线性有限元方法模拟降落伞膜索系统大变形动力学的能力。     

拉索穹顶结构非线性分析的混合有限元增量法

拉索穹顶结构是由受压桅杆和拉索组成的新型柔性大跨度空间组合结构,几何上表现为极强的非线性特性,计算困难,本文应用有限元法,结合拉索穹顶结构特征,假定拉索和桅杆的受力满足虎克宣定律,建立了可以直接考虑拉索垂度影响的两节点索单元模型,并与两节点直杆单元相结合,基于修正的拉格朗日描述方法和虚功原理建立了拉索穹顶结构非线性分析的混合有限元增量方程。采用荷载增量法与Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法相结合的求解     

一种考虑初始垂度影响的非线性索单元

本文首先运用Mathematic的符号运算功能，通过解偏微分方程给出了不等高单索的显式解析解，然后把该解析解应用于索微元的应变计算中，在此基础上用虚功原理推导了考虑初始垂度影响的两节点非线性索单元，并给出了索单元的单刚矩阵的具体形式，通过与两节点直线索单元的单铡矩阵的形式的比较，明确了该曲线非线性索单元的修正项，并给出了垂度影响因子的变化曲线。比较直观的给出了垂度对索单元刚度各项的影响程度。该非线性索单元既有多节点索单元精度高的特点，又有节点少，刚度元素较易求解以及有限元列式简洁等特点。本文通过两个数值算例表明，本文的非线性索单元是正确的，也表明了所编制的非线性计算程序是正确和可靠的。     

张力结构的非线性有限元分析

张力结构中的索结构分析通常采用非线性二节点直线或二次曲线单元，但是在大跨度结构，尤其是索弯顶结构的分析中，常用的单元已不能满足精度的要求，本文提出了考虑自重作用下有初始垂度的五结点非线性空间曲线元模型，放弃了一些特殊的假定，考虑了应变表达式中高阶量的影响，推导出了适合于弹性大位移几何非线性分析的Ｌａｇｒａｎｇｄ方程及其切线刚度矩阵，编制了相应的计算程序。     

基于初弯曲单元的某弦支穹顶非线性稳定承载力分析

在单元的随动坐标系下,建立了初始弯曲对杆单元轴向刚度影响的计算公式,导出了考虑初始弯曲的非线性杆单元刚度矩阵;从经典的梁-柱理论出发,给出了考虑初始弯曲的非线性空间梁单元切线刚度矩阵推导过程。将建立的初始弯曲单元应用于弦支穹顶结构算例的非线性稳定承载力分析,研究了杆件初始弯曲对结构整体非线性稳定性能的影响,结果表明,杆件初始弯曲的存在会降低结构的整体刚度和极限承载力,而在不同的初始预应力状态下,极限荷载随初始弯曲增加都基本呈线性下降,并且其关系曲线基本平行。本文建立的基于初弯曲单元的非线性分析方法,可推广应用于各种类型空间网格结构的非线性分析,为结构设计方案的选择提供更为科学的依据。     

基于欧拉描述的两节点索单元非线性有限元法

本文针对柔性悬索结构几何非线性分析的特点,提出了一种用欧拉描述来表示的两节点索单元非线性有限元模型,在索元变形后的位置上由虚功能建立了非线有限元基本方程及切线刚度矩阵。这样建立的非线性有限元分析方法可充分考虑拉索的几何非线性特性的影响并给悬索结构的初始平衡分析带来方便,算例结果表明,本文方法是精确有效的。     

矩形薄板分析的大位移几何非线性有限元线法

本文建立了分析矩形薄板的大位移几何非线性有限元法理论，导出了相应的大位移非线性计算公式，并解决了板组结构中板元相连处位移连续性和互约束协调性问题。算例结果比较表明，本文方法可靠、精度高。     

多自应力模态索穹顶结构的几何构造分析

索穹顶结构是发展和推广Fuller张拉整体结构思想后唯一实现的一种新型大跨空间结构,它的几何构造分析是一项非常重要的工作。本文在对一般空间杆件体系的分类、自应力模态和机构位移模态研究的基础上,从索穹顶结构特有的杆件拓扑关系入手,提出了单位整体可行预应力这一新概念,并最终解决了多自应力模态下该体系稳定性判定问题;通过对若干类型索穹顶结构的几何构造分析,得出了一些对结构设计有用的结论。     

粘弹性索的非线性动力响应分析

根据Ｒｅｖｌｏｎ材料的一维方程及索的运动方程导出了是性索在重力作用下，面内和面外的偏微分运动方程。利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法偏微分方程转化为一组非线性微分方程。最后，通过数值仿真研究说明了弹性和粘性参数对索的动态响应的影响。     

STATIC ANALYSIS OF CABLE STRUCTURE

Based on the nonlinear geometric relation between strain and displacement for flexible cable, the equilibrium equation under self-weight and influence of temperature was established and an analytical solution of displacement and tension distribution defined in Eulerian coordinate system was accurately obtained. The nonlinear algebraic equations caused by cable structure were solved directly using the modified Powell hybrid algorithm with high precision routine DNEQNE of Fortran. For example, a cable structure consisting of three cables jointly supported by a vertical spring and all the other ends fixed was calculated and compared with various methods by other scholars.     

基于改进位移模式的一维有限元超收敛算法

将多尺度方法的思想与超收敛计算的解析公式结合起来,提出了改进有限元位移模式的算法。利用超收敛计算的解析公式,将高阶有限元解的位移模式用常规有限元解的位移模式表示。用常规有限元解的位移模式与高阶有限元解的位移模式之和构造新的位移模式,采用积分形式推导了单元刚度矩阵。该算法在前处理和后处理两个阶段都使用超收敛计算公式,在常规试函数的基础上,增加了高阶试函数,使得单元内平衡方程的残差减少,从而达到提高精度的目标。对于线性单元,本文结点和单元的位移、导数都达到了h4阶的超收敛精度。     

Simulation of oscillatory flow in an aortic bifurcation using FVM and FEM: A comparative study of implementation strategies

Cardiovascular diseases are one of the major causes of long‐term morbidity and mortality in human beings. The nearly epidemic increase in prevalence of such diseases poses a serious threat to public health and calls for efficient methods of diagnosis and treatment. Non‐invasive diagnostic procedures such as MRI are often used in this context; however, these are limited in terms of spatial and temporal resolution and do not provide information on time‐dependent pressures and wall shear stresses—key quantities considered to be partially responsible for the formation and development of related pathologies. The present study is concerned with the numerical simulation of oscillatory flow through the abdominal aortic bifurcation. Computational fluid dynamics simulation of oscillatory flow in a branched geometry at high Reynolds numbers poses considerable challenges. The present study reports a detailed comparison of simulations performed with a finite volume and a finite element method, two approaches with significant differences in their discretization strategy, treatment of boundary conditions and other numerical aspects. Both solvers were parallelized, using loop parallelization of the BiCGStab linear solver for the finite volume and domain decomposition based on the Schur complement method for the finite element technique. The experience gained with these two approaches for the solution of flow in a bifurcation forms the focus of this study. Although similar results were obtained for both methods, the computation time required for convergence was found to be significantly smaller for the finite element approach. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于细长梁单元的悬索桥主缆线形分析Study on main cable shape of suspension bridge based on slender beam element

悬索桥主缆线形的精细化计算需要同时考虑弯曲刚度及初始弯曲的影响,为此将主缆离散为小挠度的细长梁单元,推导包含自重项的细长梁单元的刚度矩阵,其中考虑了轴力对弯曲刚度的影响及弯矩引起的轴向刚度修正系数。基于细长梁单元编制主缆线形计算的有限元程序,采用改进的迭代法求解几何非线性结构的平衡状态,并考虑鞍座处主缆线形的修正。利用程序计算了两座悬索桥主缆在恒载作用下的变形,结果表明,主缆弯曲刚度对跨中和桥塔附近主缆线形的影响较大,且矢跨比越大,主缆线形的计算误差就越大。由弯曲刚度引起的主缆线形计算误差将会带来吊索下料长度计算不准确、索夹放样坐标不准确、成桥桥面线形达不到设计线形以及成桥吊索力分布不均匀等问题,尤其是对矢跨比较大的自锚式悬索桥,需要在设计和施工中引起足够的重视。     

在中支座可滑动的两跨连续索的静力分析

基于非线性弹性理论,从单索的平衡出发,在索元的无应力长度已知情况下,提出了两跨连续索在中间节点滑移的初始平衡位置确定及均布荷载作用下的静力响应分析方法,建立了其非缄性计算的基本理论、公式和求解方法,并进行了实例计算。     

基于单位分解的新型有限元方法研究

本文对基于单位分解概念的新型有限元方法具有一些新的特点进行了研究。这些新的特点包括自由度全部定义在单元顶点上,不同于传统的非协调和协调P型有限元方法自由度主要定义在单位区域内,因此很便于P型方法的实施;网格畸变度对解的不敏感性较传统有限元有了很大改进。此外,Dirichlet边界条件的处理与有限元是完全相同的,非常便利。论文分析了几个平面弹性问题：R.L.Tayor高阶分片试验和受拉弯剪切的平面悬臂梁,Cook悬臂T形板等,得到了满意的数值结果。     

Generalized variational principles on nonlinear theory of elasticity with finite displacements

Two generalized variational principles on nonlinear theory of elasticity with finitedisplacements in which the σ_(ij),e_(i j)and u_i are all three kinds of independent functionsare suggested in this paper.It isproved that these two generalized variational principles areequivalent to each other if the stress-strain relation is satisfied as constraint.Some specialcases,i.e.generalized variational principles on nonlinear theory of elasticity with smalldeformation,on linear theory with finite deformation and on linear theory with smalldeformation together with the corresponding equivalent theorems are also obtained.All ofthem are related to the three kinds of independent variables.     

基于滑动元法的连续拉索滑移分析

实际工程中,拉索在索撑节点处滑移十分普遍。考虑滑移的影响,索撑节点不能简单地用铰接模拟。现有的拉索滑移分析方法往往需要迭代,计算过程复杂且收敛性无法保证。本文提出一种拉索滑移分析新方法——滑动元法,以预应力鱼腹梁为例进行理论推导,介绍了滑动元法的基本原理和计算步骤。结合有限元软件,利用滑动元法对算例进行计算分析,结果表明,滑动元法计算快速无需迭代,可以较为准确地分析拉索滑移。     

动态冲击下铝板中不同深度空洞演化的有限元分析

通过建立样品厚度为飞片厚度2倍的铝板撞击有限元模型,采用Johnson-Cook本构方程研究了纯铝材料中不同深度空洞的演化过程.研究结果表明:微空洞从杂质周围形核并呈近球形长大;由于靶板不同深度拉伸应力的峰值以及加载持续时间不同,空洞的长大速率与其在靶板的位置有关;由于冲击过程中没有形成三向拉应力,材料表面的空洞长大速度为零;靶板中间层位置首先出现拉伸应力,最先开始长大,靶板中间层位置的三向拉应力最大且作用时间较长,空洞长大速度最快;从靶板中间往两表面的方向,空洞依次开始长大,长大速度逐渐减小;模拟结果与实验观察结果相符,为研究动态冲击下空洞的演化提供参考.