一种新的墙单元

本文提出了一种新的空间墙单元模型，这种墙单元把土建中常用的剪力墙作为它的一种特殊情形，本文基于四边形壳单元所提出的墙单元在平面内是一块膜，它除面内的两个平动自由度外还具有绕平面转动的自由度，平面外是一块弯曲板，因而它是膜和板的一个组合，它的每个节点具有空间的全部六个自由度，由于空间墙平面内和平面外的刚度，因此这种新的墙单元能够直接与三维框架的梁、柱单元连接。它也能很容易地处理墙的空间变形。     

一种新的三维动力接触约束单元

本文应用广义变分原理，利用拉氏乘子法和罚函数法计入接触约束条件修正，建立了分析三维动力接触问题的一般有限元分析的理论模式；推导了处理这类问题的一种新的接触约束单元的接触刚度矩阵；采用增量求解模型解，研编了实施程序３ＤＤＣＦ；处理了方程中的病态问题、碰撞及能量释放条件问题。进行了算例考核，还首次给出了一个三维动力接触问题的算例结果。     

一维有限单元的节点位移精度

研究高次杆单元和梁单元的节点位移精度问题.首先求出一端固支均匀杆和悬臂梁在任意次多项式形式分布载荷作用下的位移精确解,然后用二次杆单元、五次欧拉梁单元和三次铁木辛柯梁单元求得了节点位移.通过比较有限元解与精确解以及利用静力凝聚方法,发现一次以上杆单元、三次以上欧拉梁单元以及三次以上铁木辛柯梁单元都可以给出精确的端点位移.     

求解予裂试件实时裂纹长度的一种新的直接法

本文提出的估算予裂试件实时裂纹长度的直接法，只需单试件的Ｐ－Ｖ记录和对应静裂纹试件塑性位移有限元解，这就避免了在规则化方法中由于几何函数不确定性对计算实时裂纹长度的影响。这一新的直接法的基础是推广的Ｇａｒｗｏｏｄ—Ｅｒｎｓｔ假设，即予裂试件与对应静裂纹试件在载荷、位移分别相等时其实时裂纹长度也相等。本文用实验验证这一假设，并在此基础上提出推论：这两类试件在Ｐ、Ｖ（和α）分别相等时其弹性和塑性位移分量也分别相等。按照这一推论可对予裂试件实时裂纹长度进行估算。文中的五个算例表明，这一直接法与卸载柔度法符合较好。     

单变量有限元的新思考：精化直接刚度法

对单变量有限元和多变量有限元进行了综合分析和比较。其中包括有限元法的单元的可靠性问题：收敛性，坐标不变性，伪零能模式；单元的性能；计算精度，对畸变网格的适应性及解除闭锁、解的晃动现象等问题，进一步对单变量有限元提出新的思考，有精化直接刚度法发展变量有限元，使之能兼备单变量有限元与多变量有限元之长，克服两者之短。     

弹性力学中的一种非协调数值流形方法

通过引入数学和物理双重网格，将插值域与 积分域分别定义在不同的覆盖上，即在数学网格上进行插值函数的构造，物理网格上完成 系统能量泛函积分运算，最后通过覆盖权函数将二者联结在一起. 它的优点是单元网格划 分随意，不受复杂边界形状和二相材料界面的限制，单元可以是任意形状，是较之于有限 元方法更一般的数值模拟方法. 在4节点四边形数值流形方法中，由于单元总体位移函数 包含的完全多项式不完全，使得计算精度不够精确，为此，在单元总体位移函数上附 加非协调位移基本项，使之趋于完全，提出了弹性力学问题的一种改进的数值流形 方法------非协调数值流形方法. 通过内部自由度静力凝聚处理，导出了消除内参后的单元应变矩阵 和单元刚度矩阵，使得在不增加广义节点自由度的前提下，大大提高了数值流形方法的计 算精度和计算效率. 同时对非协调项进行了显式处理，可以对工程实践起到更切实的帮助. 数值试验表明，它们能够保证收敛，有较高的精度，对畸变不敏感，从而证明了该方法的 可行性.     

大型结构分析程序系统单元库更新

阐述了大型结构分析程序系统单元库更新的概念及其意义，报告了装入ＡＰ－１程序系统单元库的精化四节点及八节点平面等参元的情况，给出了更新前、后单元通过考题库测试的结果及与其它程序系统结果的比较。数值结果表明通过更新单元来提高程序系统的分析精度与计算效率从而增强其竞争力是可行的。     

一种新的区域分离法

本文在特征方向法的基础上建立了一种新的区域分离法，它适于在全球或半球区域的正压“浅水”模式上实现。该方法有三个优点：第一，在分离区域的交界处的边条件不需要专门处理，可以自然吻合，这是其他区域分离法所难以达到的；第二，该方法利用地球经向为自然周期边界的特点，可以将时间步长在极区附近增大数倍，从而节省大量计算时间；第三，该方法虽然有两个分裂区域，但主体计算仍在整个大区域内进行，只是计算结果的具体处理不同而已，这样的计算十分灵活方便。     

一种新的薄壁杆件单元扭转刚度矩阵

本文提出一种新的薄壁杆件单元扭转刚度矩阵,它能够计及二次剪应力对翘曲变形的影响,并适用于任意剖面(包括开口,闭口和混合剖面)的薄壁杆件。计算表明,这个新的扭转刚度矩阵有相当好的精确度,可以代替Kawai或Gunnlaugsson-Pedersen的刚度矩阵,用于薄壁杆件的有限元静动力分析。     

一种改进的无单元方法

使用 1阶或 1阶以上最小滑动二乘法 ( MLS)形函数的无网格伽辽金法 ( EFGM) ,它们的主要缺点是形函数构造复杂、计算费用十分昂贵。本文提出了一种改进的无单元方法 ( IEFM) ,它通过采用 Shepard形函数 ( 0阶 MLS形函数 )对结点的覆盖位移函数加权求和来简化整体近似位移函数的构造 ,且能够避免 EFGM里求解结点形函数时矩阵的求逆及相乘计算。文中的数值算例表明 ,这种改进的 IEFM法收敛快、精度高 ,与标准的EFGM相比其计算时间得到了大幅度的减少     

精化直接刚度法与不协调模式

基于不协调元的收敛条件，建立了精化直接刚度法（ＲＤＳＭ）所对应的不协调位移模式，从而使ＲＤＳＭ成为建立单变量不协调元的有实用性的一般方法。     

精化直接刚度法的不协调位移模式与收敛性分析

基于精化直接刚度法的不协调位移模式及有限元收敛理论中的ＩＰＴ条件，建立了Ｃ￣０类可分离位移型精化元的收敛性充分条件——强ＩＰＴ条件。进一步推出一族平面及空间Ｃ￣０类精化元并验证了其收敛性。     

单变量有限元的新思考:精化直接刚度法

对单变量有限元和多变量有限元进行了综合分析和比较。其中包括有限元法的单元的可靠性问题:收敛性,坐标不变性,伪零能模式;单元的性能:计算精度,对畸变网格的适应性及解除闭锁、解的晃动现象等问题。进一步对单变量有限元提出新的思考,用精化直接刚度法发展单变量有限元,使之能兼备单变量有限元与多变量有限元之长,克服两者之短。     

一种新型并行化有限元结构模态分析集成系统

以成熟有限元软件的模态分析流程和大型稀疏矩阵特征值的并行求解为基础,开发出一种基于大规模并行机的新型有限元结构模态分析系统。通过对串行CAE软件的二次开发,将模态分析过程中计算量最大的特征值求解部分代之以并行计算。针对并行机特性以隐式重启动Lanczos算法为基础,编写了基于MPI的特征值并行求解程序,并通过实际算例验证了并行程序的加速比和扩展性;同时实现并行程序与其它串行分析步骤的无缝集成,使集成系统的界面友好,操作方便。本系统使结构模态分析的规模和速度大幅度提高,以大型CAE软件MSC／NASTRAN为并行化求解器开发平台,在“神威Ⅰ”超级计算机上验证了其可行性和高效性。     

带旋转自由度的精化非协调平面四边形等参元

对于C~1类不协调元文[1]提出了一种精比直接刚度法。本文进一步将其应用到C~0类问题,建立一种带旋转自由度的不协调平面四边形单元,其协调部分是用人Allman插值法建立的单元函数,不协调部分用了四个内部自由度。该单元能保证通过分片试验,保持了单变量有限元列式简单、性能可靠(无多余零能模式及坐标不变性)等长处,同时,还具备多变量有限元(杂交/拟协调元)高精度的优点。算例表明,本文提出的单元收敛、可靠、高精度且高效率。     

A new finite element of spatial thin-walled beams

Based on the theories of Timoshenko＇s beams and Vlasov＇s thin-walled members, a new spatial thin-walled beam element with an interior node is developed. By independently interpolating bending angles and warp, factors such as transverse shear deformation, torsional shear deformation and their Coupling, coupling of flexure and torsion, and second shear stress are considered. According to the generalized variational theory of Hellinger-Reissner, the element stiffness matrix is derived. Examples show that the developed model is accurate and can be applied in the finite element analysis of thinwalled structures.     

薄板几何非线性中的精化元方法及膜闭锁问题

基于放松单元间协调条件的大变形变分原理和全局拉格朗日方法，推导了几何非线性精化三角形薄板单元。对几何刚度矩阵，通过引入特殊的单元位移函数，有效地消除了薄板弯曲问题中伴生的膜闭锁现象。数值结果表明该单元在几何非线性分析中既能消除膜闭锁又具有较高精度。     

局部有限元模型边界条件的直接传递方法

提出一种将整体分析得到的节点力或节点位移直接传递到精细化局部有限元模型的方法,即部分混合单元法。沿精细化局部有限元模型周边建立一组过渡单元,该组过渡单元采用与整体模型一致的单元类型和模拟方式,其外侧边界上的节点与整体模型节点的相对坐标对应,内侧边界与精细化局部有限元模型采用基于面约束的方式连接。在外侧边界上根据节点坐标对应施加整体分析获得的节点力或节点位移,过渡单元就可直接将边界条件传递到精细化局部有限元模型。通过贵州红水河特大桥钢-混结合段的精细化有限元分析,验证了本文方法的实用性和有效性。     

基于多弹簧模型的空间梁柱单元(I):理论模型

引入多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度影响,推导了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间梁柱单元刚度矩阵,为整体钢框架结构的弹塑性动力分析奠定了单元基础。