计算力学研究与应用的若干动态与展望

综述了计算力学近年一的若干研究动态以及计算在结构工程中所起的作用，并对计算 在今后可能的发展方向作了展望 。     

计算力学非线性分析的现状与展望

本文对计算力学非线性分析近年来的发展做了简单回顾。文中说明了非线性数值分析日益受到重视并且还需要走很长的路,进而介绍了近廿年来非线性问题算法的两个最要方面:延续算法和单纯形算法。文末对数值方法未来十年的可能发展做了展望。     

结构工程科学中若干计算结构力学问题的研究展望

本文概述了计算结构力学的形成过程,评述了结构工程科学中以下７个需要重点研究的计算结构力学问题:数值方法基本理论问题（误差估计理论、网格自适应加密技术、多变量有限元理论和半解析数值方法）、工程结构优化设计、结构施工力学、计算机数值模拟和仿真技术、本构模型、计算机技术新发展的影响、计算机辅助设计。并论述了数值计算、理论和试验这三者之间相互依赖、相互促进、相互交叉又相互制约的辩证关系。      

土建结构中的计算力学

简要地回顾了计算力学在土建结构工程领域中取得的主要进展,并结合土建结构的特殊性,对计算力学在未来的十年中可能取得的发展作一展望。     

地下工程中岩土结构面的影响分析

研究已表明岩土体中都存在结构面,工程岩土体的变形破坏一般受结构面控制。本文依据结构面 (断层 )优势指标综合值 (Ri)的量化比较,可得出各结构面 (断层 )对隧道稳定影响程度的大小,从而针对各结构面 (断层 )采取不同的工程措施。本文分析还表明,结构面和地下工程中的水害、瓦斯突出、岩体质量好坏等也有密切关系。     

功能梯度材料与结构的若干力学问题研究进展

功能梯度材料的宏观材料特性在空间上是连续变化的,因此即使在线弹性理论范围内,由于控制偏微分方程是变系数的,相应的力学分析具有很大的挑战性.综述了功能梯度材料与结构若干力学问题的最新研究进展,包括功能梯度材料梁、板、壳结构的解析解与半解析解以及简化理论的研究、功能梯度材料结构的数值计算方法研究、功能梯度材料的断裂力学研究.最后对未来功能梯度材料与结构的力学研究进行了展望.     

关于计算爆炸力学的进展与现状

爆炸问题由于其强烈的非线性,绝大多数情况下不可能给出精确解,并且爆炸在极短的时间内完成强烈的物理过程,能通过实验获得的数据也有限.爆炸力学数值模拟及相关研究领域的工作极大地推动了爆炸力学学科以及武器装备的发展,本文主要对爆炸力学数值方法、材料动态本构模型以及相关工程应用进行评述.     

计算智能与力学反问题中的若干问题

计算智能是生物智能的计算模拟,包括人工神经网络、模糊系统和进化计算三个主要部分．参考国内外有关计算智能与力学反问题研究中的某些问题,并结合作者的研究工作,介绍了有关课题的研究状况以及目前的研究进展．     

全非平稳地震作用下地下空间结构随机反应及可靠度分析

为研究全非平稳地震作用下地下空间结构的随机地震反应特征及可靠度分析方法,本文基于非均匀调制演变随机过程,建立了一种同时考虑强度非平稳和频率非平稳的全非平稳随机地震动输入功率谱分析模型;利用频响函数和脉冲响应函数间的傅里叶变换关系,推导出了适用于地下空间结构随机反应分析的响应功率谱计算表达式,可结合有限元方法对全非平稳地震作用下地下空间结构进行随机反应分析．基于穿越过程为泊松过程假定,采用分部积分方法,进一步推导出了适用于首次超越破坏可靠度计算的互相关函数解析表达式．然后,本文以上海某两层三跨地铁车站为工程背景,建立土-地铁车站结构相互作用体系有限元模型,对全非平稳地震作用下地铁车站结构进行了随机反应分析和中柱可靠度分析．结果表明：在非均匀调制演变功率谱作用下,结构的响应功率谱也具有明显的演变特征;利用文中给出的互相关函数计算公式,可避开调制函数的数值微分,提高计算精度．     

大跨空间结构地震反应分析方法研究应用现状

大跨度空间结构动力特性复杂,在基于性能的空间结构抗震设计背景下,发展和完善大跨度空间结构的地震反应分析方法至关重要．在阐述大跨度空间结构动力特性的基础上,归纳了振型分解反应谱法、动力时程分析法、增量动力分析法、静力推覆分析法和随机振动分析法的研究与应用现状,分析并指出了每种方法在应用中面临的主要问题．最后,指出了大跨度空间结构地震反应分析方法研究中应注意的问题．     

基于概率密度演化方法的地下结构可靠度分析

本文提出基于概率密度演化方法的地下结构可靠度分析,通过求解极限状态函数的概率密度演化方程,可以得到响应量的概率密度函数曲线.相比于传统的随机模拟方法,概率密度演化方法考虑了样本点之间的概率联系,因此在求解效率以及精度上都得到大大提高.文中结合上海市轨道交通M6线地铁下程进行了基于概率密度演化方法的可靠度分析,与随机模拟的结果相比表明,基于概率密度演化方法的地下结构可靠度分析方法具有更好的效果.文中还介绍了基于等价极值事件的结构体系可靠度分析方法,并将等价极值事件的基本思想推广到复杂失效准则下地下结构的可靠性分析之中.结果表明此方法可以对地下结构可靠度给出较为准确的评价.     

大规模结构动力学并行计算与软件研发进展

以大型复杂装备研制过程中对大规模精细动力学数值模拟的迫切需求为背景,对大规模模态分析及后续相关动力学并行计算的国内外研究进展进行了概述,并对团队在JAUMIN框架和PANDA软件平台上开展的结构动力学并行计算相关研发工作进行了介绍．基于神光III大型光机装备的展示算例表明,PANDA软件的动力学并行可扩展能力达到“上亿自由度、上万核”的水平,万核并行效率高达50%以上,远超国内现有商业软件的分析能力;“基于框架研发应用软件”的设计理念已经成为大规模有限元程序研发的主流理念,对于提升软件研发效率,促进软件实用化和并行可扩展性将起到关键作用．     

基于模态数据的长细结构小损伤精确识别研究

本文针对现有的损伤识别方法不能满足部分结构损伤识别精度要求的现状,对结构的小损伤精确识别方法开展研究．以长细结构为研究对象,对具有不同损伤位置和损伤程度的圆柱形的轻阻尼梁结构进行了数值分析和实验研究,应用数值计算方法和实验确定的特征向量和特征频率对长细结构裂缝参数进行识别计算．本文在研究过程中编制了一个创新性的预测程序,通过其一次性生成目标函数图来选择合适的初始参数,从而对识别结果进行分析．研究结果表明,应用本文提出的识别方法,裂缝位置的识别误差可以控制在0.05 %~0.28 %范围内,裂缝深度识别误差低于7 %．     

Controlling the Development of Stationary Longitudinal Structures in the Boundary Layer on a Flat Plate using Riblets

This paper reports results of experiments on controlling longitudinal structures in the boundary layer on a at plate. The longitudinal structures were generated by a controlled vortical disturbance of the external flow by means of a distributed susceptibility mechanism. It is shown that riblets reduce the intensity of both stationary and traveling disturbances. The linear and weakly linear stages in the development of disturbances in the boundary layer are the most favorable for the use of riblets.__________Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 46, No. 4, pp. 47–54, July–August, 2005.     

Vectorization,threading, and cache‐blocking considerations for hydrocodes on emerging architectures

The computational efficiency of existing hydrocodes is expected to suffer as computer architectures advance beyond the traditional parallel central processing unit (CPU) model 1 . Concerning new computer architectures, sources of relative performance degradation might include reduced memory bandwidth per core, increased resource contention due to concurrency, increased single instruction, multiple data (SIMD) length, and increasingly complex memory hierarchies. Concerning existing codes, any performance degradation will be influenced by a lack of attention to performance in their design and implementation. This work reports on considerations for improving computational performance in preparation for current and expected changes to computer architecture. The algorithms studied will include increasingly complex prototypes for radiation hydrodynamics codes, such as gradient routines and diffusion matrix assembly (e.g., in 1 - 6 ). The meshes considered for the algorithms are structured or unstructured meshes. The considerations applied for performance improvements are meant to be general in terms of architecture (not specifically graphical processing unit (GPUs) or multi‐core machines, for example) and include techniques for vectorization, threading, tiling, and cache blocking. Out of a survey of optimization techniques on applications such as diffusion and hydrodynamics, we make general recommendations with a view toward making these techniques conceptually accessible to the applications code developer. Published 2015. This article is a U.S. Government work and is in the public domain in the USA.     

板壳结构满应力设计及在MSC/Nastran软件上的实现

根据满应力准则和板壳结构的应力与内力的关系,推导了求解板壳结构满应力设计的迭代关系式。采用无量纲设计变量实现变量连接,一个设计变量可以控制多个不同厚度的单元,扩大了程序的适用范围。在MSC/Nastran软件的基础上开发了适用于多工况、多变量的板壳满应力优化程序。利用Nastran的开放性,借助Pat-ran提供的PCL(Patran Command Language)开发环境,程序完全和Patran及Nastran融为一体。首先在Patran中建立有限元模型,利用Nastran进行有限元分析,按照满应力准则对设计变量调整,然后再次利用Nastran进行分析,这样反复迭代直到结构重量收敛。数值算例表明算法的可靠性、精确性和高效性,程序能够满足工程实际需要。     

人工膝关节模拟试验机及其生物摩擦学性能评价研究进展

人工膝关节生物摩擦学模拟试验是在设计和制造阶段评价人工膝关节假体的主要方法.本文介绍了球面接触型、假体力和运动直接控制型及膝关节肌肉力重建型3类人工膝关节模拟试验机及其对应生物摩擦学研究现状,讨论了3类人工膝关节生物摩擦学试验的要求和特点,详细说明了现有人工膝关节生物摩擦学试验和测试标准,指出今后还需增加动物活体试验方式,扩大模拟人体运动测量范围,并应加强多因素同时作用下人工膝关节磨损机理研究,制定统一的人工膝关节生物摩擦学试验标准.     

A projection method for the spectral solution of non‐homogeneous and incompressible Navier–Stokes equations

This paper is devoted to the development of a parallel, spectral and second‐order time‐accurate method for solving the incompressible and variable density Navier–Stokes equations. The method is well suited for finite thickness density layers and is very efficient, especially for three‐dimensional computations. It is based on an exact projection technique. To enforce incompressibility, for a non‐homogeneous fluid, the pressure is computed using an iterative algorithm. A complete study of the convergence properties of this algorithm is done for different density variations. Numerical simulations showing, qualitatively, the capabilities of the developed Navier–Stokes solver for many realistic problems are presented. The numerical procedure is also validated quantitatively by reproducing growth rates from the linear instability theory in a three‐dimensional direct numerical simulation of an unstable, non‐homogeneous, flow configuration. It is also shown that, even in a turbulent flow, the spectral accuracy is recovered. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.