基于开放式结构有限元系统SiPESC.FEMS的动力时程分析通用算法构架

基于开放式结构有限元分析软件系统SiPESC.FEMS,针对动力时程分析算法共性,采用C++面向对象程序设计方法和软件设计模式,研发了一种结构动力分析通用算法构架。构架的核心思想是算法与数据模型相分离,从而实现算法通用性,整个构架由四个基本类及子类构成。本文重点阐述了基本类的抽象过程和通用接口的设计思想,给出了利用插件技术实现算法构架的步骤。利用该构架已实现了Newmark法、Wilson-θ法、中心差分法及改进中心差分法,并进行数值验证。研究工作表明,算法构架适用于通用时程积分算法,可方便地进行动态扩展,具备良好的开放性和重用性。     

应用平板壳单元DKQl6分析板壳结构的几何非线性

应用新近开发的四边形十六自由度离Kirchhoff平板壳单元DKQl6，分析了板壳结构的几何非线性问题，采用Total Lagrange格式，在小应交、中等转动的假定下，建立了该单元几何刚度阵和大位移矩阵．非线性方程采用位移引导或弧长引导的牛顿-拉夫森增量迭代法求解．讨论了网格和加载步效对收敛性的影响，通过对典型算例的计算以及与其它单元的比较，说明了DKQl6单元在板壳结构几何非线性分析中也有良好的精度．     

基于宏观三角形分区平板壳单元的非线性有限元分析

针对剪切闭锁效应,本文研究了一种基于假设自然应变方法的宏观三角形分区平板壳单元。利用通用有限元软件ABAQUS所提供的用户自定义单元(UEL)和用户自定义材料(UMAT)子程序,本文将宏观三角形分区平板壳单元和基于损伤能释放率的混凝土弹塑性损伤本构模型成功嵌入了ABAQUS的主分析模块。经典试验McNeice双向混凝土板的数值模拟结果表明:宏观三角形分区平板壳单元对于描述板壳结构的非线性损伤行为是行之有效的。     

一种区间B样条小波平板壳单元及应用

基于二维张量积区间B样条小波,构造了一种性能良好的小波平板壳单元.在小波单元的构造过程中,用二维区间B样条小波尺度函数取代传统多项式插值,在所构造的区间B样条平面弹性单元和平面Mindlin板单元的基础上组合而成.区间B样条小波单元同时具有B样条函数数值逼近精度高和多种用于结构分析的基函数的特点.数值算例表明:与传统有限元和解析解相比,构造的小波平板壳单元具有求解精度高,单元数量和自由度少等优点.     

一个基于膜板比拟理论的四节点二十四自由度的平板壳单元

应用膜板比拟关系 ,可以避开 c1 连续性的困难 ,为板单元的构造提供了一种新的途径 ,并已成功地构造出一系列相应的板单元。本文构造了一个四节点二十四自由度的平板壳单元 ,该单元由平面四节点理性元 RQ4(膜部分 )和由膜板比拟理论构造的一个四节点十二自由度的板单元 (弯曲部分 )构成。该单元构造简单 ,数值结果表明具有很好的收敛性和精度。     

面向超大规模有限元计算的通用可视化系统SiPESC.POST的设计与实现

针对有限元计算规模日益增大,应用领域不断扩展的设计需求,设计并实现了具有开放性的通用可视化系统,目标是面向百万/千万节点以上的超大规模有限元的计算可视化。在软件框架设计方面,引入流式体系结构,该体系结构具有高效计算和高效通信特性,满足大规模数据处理需求。在软件实现方面,采用工厂方法设计模式和插件技术,提高了系统的可扩展性和灵活性。设计并实现了有限元模型、渲染器和过滤器等模块。在大规模数据可视化方面,提出模型数据、结果数据的设计方案和管理机制,并采用VBO和分批载入技术,实现了超大规模模型的实时显示功能。通过多个模型实例展示了该系统的可行性与优越性。     

结构分析中的退化壳有限元方法

本文评述了退化壳有限元的现状和发展．首先简要介绍了平板壳有限元和以壳体理论为基础的曲壳有限元,接着介绍了单变量（位移型）退化壳有限元的研究现状,最后介绍了多变量（杂交、混合、拟协调和杂交／混合型）壳有限元．      

基于压电曲壳单元的结构振动最优控制

曲壳结构已广泛应用于航空航天、航海等领域,结构微小的振动会极大地影响部件性能,抑制曲壳结构的振动就很必要。提出了压电曲壳结构的振动最优控制模型,利用空间曲壳单元理论及多点约束方程实现曲壳基结构壳元和压电壳元的耦合,推导了压电曲壳结构动力学有限元方程,并结合线性二次型最优控制理论,实现了压电作动器对曲壳结构的振动最优控制。数值算例表明,对曲壳结构进行动力分析和振动控制时,在达到同样精度及控制效果的情况下,与平壳相比,曲壳单元及作动器所需数目要少得多。     

广义协调平板型矩形壳元

本文根据修正势能原理通过广义协调方法提出了一种列式简单的平板型矩形壳元ＧＣＲ２４。它在四个角点处各有六个自由度，总共二十四个自由度。作为一种极限协调元，单元的收敛性得到保证，并且不发生薄膜闭锁现象。通过标准问题的数值检验，表明本文提出的平板型矩形薄壳元是性能可靠、计算精度高的优质单元。     

On vibration of hemispherical shell by using finite element method

This paper establishes the finite element equation for the spherical shell.The resonantfrequencies of the above shell under different boundary conditions are also discussed andcalculated.     

弹塑性板壳结构非线性有限元分析

本文根据塑性流动理论的基本公式，由隐式积分导出了与路径无关的变量更新算法和一致切线模量。采用单元广义应力应变直接离散塑性流动定律，构造了杂交应力单元一致切线刚度矩阵的显式表达式，编制了结构有限元程序ＳＡＦＥ，数值算例表明：本文的计算方法和计算程序是正确可靠的，可用于弹塑性板壳结构的非线性分析，计算结果屈曲临界载荷和极限承载能力。     

Model optimization of hybrid stress general shell element

A 20 DOF (degree of freedom) hybrid stress element based upon Mindlin plate bending theory is developed using the optimizing design method for thin and moderately thick shell. It is of quadrilateral shape with only four corner nodes and can be used for both shallow and deep shells with excellent performance and the shear locking problem no longer exists.The project supported by National Science Foundation of China.     

离散元与壳体有限元结合的多尺度方法及其应用

在深入研究复杂结构和非均质材料冲击响应和破坏机理的过程中,往往遇到多尺度计算问题。本文尝试建立三维离散元与壳体有限元结合的多尺度方法用于处理圆柱壳问题,该方法采用三维离散元对感兴趣的局域进行局部模拟,利用平板壳体有限元进行整体模拟,采用一种特殊的过渡层使离散元区和有限元区能很好的衔接。我们将这一方法应用于激光辐照下充压柱壳的热/力耦合冲击破坏响应,得到的模拟结果与文献报道有较好的吻合。     

一种提高四边形四节点平面壳单元计算精度的新方法

平面壳单元是由平面应力单元和平板弯曲单元叠加组合而成,具有简单的理论表达,但是它在计算曲面壳体结构时误差较大。为了进一步提高平面壳单元的计算精度,本文提出了一种计算平面壳单元刚度矩阵的新方法。通过该方法在高斯积分点建立多个单元局部坐标系,并保证每个局部坐标系都位于单元在高斯点处的切平面上,从而可以有效适应曲面壳体形状,达到进一步提高平面壳单元计算精度的目的。为了在这种新坐标系下计算单元刚度矩阵,给出了求解形函数对局部坐标的导数、局部到自然坐标系积分转换的雅可比、以及局部到整体坐标系的转换矩阵的新型计算方法。通过将这些新坐标系以及新计算方法运用到平面壳单元DKQ24中,可以有效提高平面壳单元尤其是在计算曲面壳体时的精度。计算结果表明,本文方法和平面壳单元相结合,不仅具有平面壳单元简单的理论表达式,还能得到满意的精度。另外,本文方法还可以应用到其他类型的平面壳单元,为提高其他类型平面壳单元的计算精度提供了一种新的途径和思路,具有广阔的应用前景。     

Enriched goal-oriented error estimation for fracture problems solved by continuum-based shell extended finite element method简

An enriched goal-oriented error estimation method with extended degrees of freedom is developed to estimate the error in the continuum-based shell extended finite element method. It leads to high quality local error bounds in three-dimensional fracture mechanics simulation which involves enrichments to solve the singularity in crack tip. This enriched goal-oriented error estimation gives a chance to evaluate this continuum- based shell extended finite element method simulation. With comparisons of reliability to the stress intensity factor calculation in stretching and bending, the accuracy of the continuum-based shell extended finite element method simulation is evaluated, and the reason of error is discussed.