层合板三维—二维混合分区有限元法研究

本文提出了一种三维－二维混合分区有限元方法分析复合材料层合结构。构造了三维－二维过渡元素和三维的十七节点复合元素。本方法在大大地减少了自由度，缩短了计算时间。算例表明，计算结果令人满意。本方法是可靠的并同样适用于其它结构。     

三维虚拟层合板壳单元及其应用

层合结构已广泛应用于各类工程领域。文中介绍的三维虚拟层合板壳单元,其主要特点是它允许同一单元由不同材料构成,有限元网格划分时可以把整体节点定义在结构的外部。这就使得该单元不仅可以应用于一般的层合结构计算,而且还可以应用于结构的形状优化设计。文中的经典算例说明了该单元的有效性。     

关于层合板的混合能量原理及其应用

给出了关于层合板混合能量密度的一般形式及其对应的本构关系。建立了相应于这些能量密度的混合能量原理，并指出它们存在的优点。最后给出了原理的具体应用，数值计算表明本文的结果是可靠的。     

三维接触问题的拟二维序列解法

在每个接触点引入一系列测动坐标系，使三维接触问题转化为一系列可直接用线性互补的Ｌｅｍｋｅ算法求解的拟二维接触问题序列，逼近原三维接触问题的解，给出了加速收敛的算法。算例表明提出的方法是行之有效的。     

基于Legendre多项式的双压电层合板三维压电谱元法模拟

谱单元作为一种高阶单元具有计算效率高和精度高的特点。本文在基于Legendre正交多项式的三维谱单元基础上提出了三维压电谱单元模型,用于压电层合板静力和动力性能模拟研究。压电层合板结构中的位移和电势自由度均离散到三维压电谱单元Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)配置节点上,并且未对电势沿压电层厚度方向上的变化做任何假定。通过提高谱单元中沿压电层合板厚度方向上的形函数阶数的方法,来削弱三维谱单元在模拟薄板结构中出现的剪切闭锁现象。为验证单元的计算精度,取双压电层合板结构进行静力和动力行为模拟验证,并将计算结果与现有文献中的其它单元模型及有限元结果进行对比。结果表明,压电谱单元可有效模拟压电层合板的静力和动力行为,且提高谱单元形函数阶数可提高数值模拟精度。     

复合材料层合板的二次屈曲和二次分枝点分析

为了研究复合材料层合板的二次分叉特性 ,利用能量变分原理和非线性几何方程建立了具有弹性约束的复合材料层合板在面内载荷作用下的非线性稳定性控制方程组。控制方程组用广义傅立叶级数法进行求解 ,并得到载荷 -挠度曲线。基于分叉理论中的 Lerray-Schaulder定理 ,采用小挠动法 ,直接导出了复合材料层合板的二次失稳方程。研究结果表明 ,非对称层板也可能存在分叉 ,弹性转动支持系数和铺层等因素对二次分叉有很重要的影响。随着弹性系数的增大 ,二次失稳载荷值与初次失稳载荷值之比下降     

新型整体-局部高阶剪切变形理论及层合板精化三角形单元

基于整体-局部位移方法,建立了一种高阶剪切变形理论。整体位移部分采用的是Reddy理论的位移模式（1984）,局部位移为LIXY等（1997）建立的1,2-3理论的局部函数。这一理论使满足自由表面条件的Red@理论进一步满足层间位移、应力连续,同时有效减少了1,2—3理论的未知数个数。基于此理论深入开展了有限元法研究,建立了满足C^1连续条件的精化三节点三角形单元（每个节点参数为9个）。计算结果表明：建立的精化单元能准确计算整体位移和层间应力。     

一种预测层合板层间剪应力的新后处理方法

层合板是航空航天领域典型的承力构件,过大的层间应力是导致其分层失效的主要原因.准确的层间应力预测往往依赖于三维平衡方程后处理方法(TPM).然而,该方法需要计算面内应力的一阶导,使得基于C0型板理论构造的线性单元无法使用TPM计算横向剪应力.本文在三维平衡方程后处理方法的基础上,提出了一种新后处理方法(NPM).新后处理方法通过虚功等效法消除了三维平衡方程后处理方法中产生的位移参数的高阶导.基于提出的新后处理方法和C0型板理论,仅需使用线性单元就可以预测层合板的横向剪应力.为了验证所提方法的有效性,本文基于修正锯齿理论(RZT)和所提方法构造了一种C0连续的三节点三角形线性板单元.数值算例表明,所提方法和三维平衡方程后处理方法具有相同的计算精度,提出的板单元能够准确高效地预测层合板的横向剪应力.此外,所提方法便于结合现有的有限元商用软件使用,基于商用软件中板壳单元获得的节点位移,使用新后处理方法极易获得准确的层间剪应力.     

复合材料层合板精化高阶理论及其精化三角形板单元

提出一种新的精化高阶理论，该理论满足层间位移、应力连续条件，由此建立了三角形精化板单元。该单元满足单元间Ｃ１类弱连续条件，其收敛性得到保证，且具有简单、高效率的优点。     

长距离叠交隧道施工过程三维有限元模拟研究

浦东南路站～南浦大桥站区间隧道工程全长2000米,在浦西段位于南浦大桥桩基间施工,为确保线型同时避让南浦大桥桥桩,采用长距离叠交隧道施工工艺,叠交距离达437．7米,为国际罕见。为了优化盾构施工的各项施工参数,有效进行施工过程控制,完善施工技术方案,保证科学合理、安全优质地完成隧道的设计与施工,同时为以后叠交隧道工艺及隧道线路规划、设计的优化提供借鉴,为类似工程施工提供经验积累,对盾构隧道长距离叠交施工进行三维非线性静力应力应变分析。通过模拟研究建立了三维有限元模型,经过计算分析,国内首次分析了长距离叠交过程中后建隧道盾构施工对已建隧道的影响,摸索出隧道推进过程中的周围土体的移动规律、地表面水平位移及地面沉降规律、已建隧道管片位移和变形及应力变化规律。     

QALE‐FEM for modelling 3D overturning waves

A further development of the QALE‐FEM (quasi‐arbitrary Lagrangian–Eulerian finite element method) based on a fully nonlinear potential theory is presented in this paper. This development enables the QALE‐FEM to deal with three‐dimensional (3D) overturning waves over complex seabeds, which have not been considered since the method was devised by the authors of this paper in their previous works (J. Comput. Phys. 2006; 212 :52–72; J. Numer. Meth. Engng 2009; 78 :713–756). In order to tackle challenges associated with 3D overturning waves, two new numerical techniques are suggested. They are the techniques for moving the mesh and for calculating the fluid velocity near overturning jets, respectively. The developed method is validated by comparing its numerical results with experimental data and results from other numerical methods available in the literature. Good agreement is achieved. The computational efficiency of this method is also investigated for this kind of wave, which shows that the QALE‐FEM can be many times faster than other methods based on the same theory. Furthermore, 3D overturning waves propagating over a non‐symmetrical seabed or multiple reefs are simulated using the method. Some of these results have not been found elsewhere to the best of our knowledge. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

三维编织CMC断裂韧性表征形式的试验研究

在试验的基础上 ,发现三维编织陶瓷基复合材料断裂试件的裂纹扩展沿着编织角方向进行 ,表现出一种非自相似的裂纹扩展模式 ,表明三维编织CMC的断裂是复合型断裂。利用材料的载荷 -位移曲线和声发射技术 ,分析了三维编织CMC在外载荷作用下的损伤行为和断裂机理 ,并且根据不同的外载荷类型 ,将三维编织CMC的断裂韧性表征分别界定在线弹性和弹塑性的两个领域里 ,初步确定三维编织CMC的断裂韧性表征形式     

关于正交各向异性旋转圆盘的三维解

本文建立了正交各向异性旋转圆盘的三维解,并就３种典型旋转圆盘,将现在的三维解与经典的二维解进行了比较．结果显示,在应用经典的二维解法进行旋转圆盘的强度设计和计算时,将产生较大的误差甚至错误．     

考虑膨胀力的非饱和介质热-水-应力耦合二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,使用Galerkin方法,将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,开发出了一个可考虑膨胀力的用于分析非饱和介质中热-水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序.通过对一个假定的核废料地下处置库的热-水-应力耦合问题的数值计算,比较了无、有膨胀力时的情况,在定性上验证了该程序的正确性.     

满足PTC的三维非协调形函数的显式处理

介绍了满足分片检验条件（ＰＴＣ）的非协调形函数生成方法，显式给出了满足ＰＴＣ的三维非协调元ＮＨ１１的内位移函数。计算表明显式处理后的单元与原单元具有相同的精度，但却在很大程度上节省了单刚形成时间和计算单元应力花费，进一步发挥了非协调元的数值潜力。     

龙滩水电站航道座滑边坡平面有限元模拟研究

基于弹塑性有限元（FEM）模型和Mohr-Cou lomb屈服准则,采用平面有限元法对龙滩水电站航道1+016¹+080开挖边坡座滑前的稳定状况进行了数值模拟研究。对座滑前边坡的应力场、位移场及塑性屈服区的模拟结果表明,边坡在座滑前存在明显的塑性区,处于临界稳定状态;开挖过程中边坡存在连续变形,特别是开挖下部时变形会突然增大;座滑前边坡塑性区支护体系已达到承载极限,边坡具备了座滑的条件。     

等径通道挤压过程三维有限元模拟

利用三维有限元模型对等径通道挤压过程中变形分布的不均匀性进行了模拟,通过对不同摩擦系数下截面等效塑性应变分布比较发现:沿三个方向截面上的变形分布都不是均匀的,这说明二维有限元模型不能真实模拟等径通道挤压过程中试样中的变形分布。此外,摩擦对等效塑性应变分布及挤压力的影响较大,截面变形不均匀参数和最大等效塑性应变出现的位置随摩擦系数的增大而变化。压力-位移曲线的变化可以结合试样的变形过程来解释。     

三维有限元六面体网格几何自适应再生成方法

基于几何自适应的六面体网再生成方法,提出了一种以栅格法为基本方法,对有限元网格再划分过程中的网格再划分标准、几何形状的获取以及新旧网格之间物理量的传递等关键问题进行了研究.重点介绍了基于几何自适应的六面体网格再生成算法,首先对旧网格实体模型进行识别,根据实体模型几何特征建立加密源点信息场;然后采用栅格法生成核心网格并对...