结构非线性分析中求解预定荷载水平的改进弧长法

本文对目前广泛应用于结构非线性分析之中的弧长法进行改进。改进后的弧长法除保持原有优点外，能够在自动跟踪结构非线性平衡路径的同时，进一步求得位于结构平衡睡径任一区段的任意预先指定的荷载水平及相应的变形。本文的方法可以推广应用于求解预先指定的应力或位移。数值算例表明了本文方法的计算精度、效率及可靠性。     

非线性方程组的解法:局部弧长法

描述了一个新的非线性方程组的求解方法——局部弧长法．该方法是在弧长法的基础上发展起来的适合于材料非线性有限元分析的数值解法．其约束方程充分利用了结构中破坏区域内的非线性变形信息，有效地解决了材料非线性分析中的稳定性与收敛性问题．数值计算表明，该方法不仅适合于求解结构的极限承载能力，也适合于求解结构达到极限承载参力以后的荷载－变形的全过程     

求解力电耦合方程的控制弧长法

静电作用下的柔性薄板是微电机械的核心部件,其控制方程是变形控制方程和静电平衡方程构成的一组非线性耦合方程.本文在分别给出求解这两组方程数值方法的基础上,把控制弧长法进行了合理的推广,变直接加载电压为由构型控制的电压加载方式.结果表明这种方法不仅能够克服收敛性难的问题,而且能够得到致动板吸入失稳后的构形.算例还表明用本方法计算的吸入临界值要比用解析模型得到的临界值更接近实验值.     

弧长法在服役石油井架非线性全过程仿真中的应用研究

针对服役石油井架的结构特点,考虑几何和材料双重非线性因素,建立了非线性数学分析模型。采用弧长法对荷载-位移平衡路经进行了全过程跟踪研究;对服役井架提出了基于应力和模态进行模型修正、建立基准仿真模型的方法。以油田使用的两部石油井架为例进行仿真分析,结果表明:在屈服点以前,载荷位移曲线基本呈线性关系;载荷值达到临界点之后,位移值迅速增大,而载荷降低,井架结构失稳。应用该方法来跟踪结构非线性平衡路径的全过程可以实现其非线性全过程的仿真分析,能够确定井架的失稳状态、破坏形式、极限承载力,得到令人满意的结果,具有一定的实用价值,适合工程应用。     

图像相关位移测量中的预定位搜索法

本文研究了散斑图像中所包合的位移信息后，发现一般情况下，表征被测物体表面变形的位移只有几个像素，而刚体位移却比变形位移大的多、尤其是小视场时刚体位移可达几十个像素．于是，提出了一种直接越过刚体位移的预定位搜索方法，这一方法基本上克服了刚体位移，使相关搜索速度大为提高并通过实验证明了方法的有效性．     

基于弧长法的受压球壳稳定性分析

对受压球壳进行特征值屈曲分析,得到了前6阶屈曲模态及线性屈曲临界载荷;采用弧长法进行非线性有限元分析,对理想球壳施加初始扰动,通过2次扰动值折半的方法求得引起结构屈曲的最小扰动值,追踪到了屈曲分支点和全过程载荷-位移路线。基于前6阶屈曲模态位移,在受压球壳中分别引入2.5mm和1mm两种缺陷值,分析缺陷对球壳屈曲特性的影响。结果表明:取壳厚的0.5%即0.05mm时,得最小扰动值,近似模型与完善结构极值载荷的差值为0.93%;球壳是缺陷敏感性结构,缺陷的幅值和分布都对其极限载荷有影响,缺陷幅值与厚度比为0.1时,缺陷球壳承载力相对理想结构下降了约11%,缺陷幅值与厚度比为0.25时,承载力相对下降了约30%,说明提高球壳稳定性需要提高球壳加工精度。     

双相钢板料的单向拉伸断裂失效研究(Ⅱ)——弧长法非线性有限元分析

为了获得docol800DP双相钢板料的等效塑性应变和应力三轴度在单向拉伸断裂失效过程中的变化历程,对其拉伸过程进行了弧长法非线性有限元分析。根据试验得到的材料参数建立了双相钢单向拉伸试件的有限元模型,考虑大变形引起的几何非线性和塑性强化引起的材料非线性,模拟了试件拉伸变形的全过程。计算结果表明:弧长法可较好地模拟试件变形的全程,计算得到的典型变形阶段、集中性失稳带的分布及方向与试验结果吻合很好;发生失稳变形时的应变与理论分析结果一致。最后,给出了起裂点处失效参数的变化历程,为定量化研究双相钢材料的断裂失效模型提供准确的数据支持。     

基于弧长法的加筋板后屈曲特性分析及试验

作为飞机上重要的承载部件,加筋壁板在发生初始屈曲后仍具有较强的后屈曲承载能力,因此研究其后屈曲特性对于确定破坏载荷具有重要意义。传统的特征值屈曲分析是以小位移小应变的线弹性理论为基础的,且不考虑结构在受载过程中结构构形的变化,因此误差较大。本文采用Riks弧长法,结合材料弹塑性理论对铝合金整体加筋壁板轴压加载后的屈曲破坏过程、传载机制、极限载荷进行了研究,并进行了轴压加载的试验验证,得到了加载过程中的应力、应变曲线以及极限载荷,还对后屈曲破坏形式进行了分析。数值模拟结果表明:本文研究的整体加筋板初始屈曲发生在蒙皮,后屈曲过程筋条是主要的承载部位,与试验中观察到的现象一致;试验中加筋板最终破坏部位发生在筋与蒙皮连接处,有限元模拟结果与试验中加筋板的最终破坏部位一致;数值模拟得到的极限载荷与试验的相对误差在5%以内。这表明基于弧长法的后屈曲计算能够准确跟踪整体加筋板的后屈曲平衡路径和预测极限载荷。     

弧长控制类方法使用中若干问题的探讨与改进

在结构非线性跟踪分析中，弧长控制类方法和能量控制类方法是两类最主要的方法。近年来，各类弧长方法由于概念简单明了、计算方便可靠而广为采用。本文首先对几种主要弧长方法的使用进行回顾和比较，并就跟踪失败的可能情况作简单探讨，进而针对部分可能失败的情况提出改进措施。再以一个同时存在跳跃及跳回现象且具有分枝路径的问题为例，将这几种弧长方法用于其变形全过程的跟踪分析，来验证所提出的改进措施，比较这几种弧长方法的跟踪能力。最后给出使用这些弧长方法的几点结论。     

一种改进的位移反分析方法

为了发展可用于各种岩土工程及工程地质问题的一般的位移反分析系统方法, 本文在边界控制方法的基础上进行了改进。其目的是对于其各种复杂的系统问题确定最重要的力学参数。     

AN IMPROVED ARC-LENGTH METHOD AND APPLICATION IN THE POST-BUCKLING ANALYSIS FOR COMPOSITE STRUCTURES

Based on the conventional arc- length method, an improved arc- length method with high-efficiency is proposed. The weighted modifications with respect to the variation of structural stiffness and extra-interpolation modification by using the information of known equilibrium points are introduced to improve the incremental arc- length . An approximate expansion method for the accumulated and expected arc-length is used to ensure the convergence at given load levels in large range of applications. Numerical results show that the improved arc-length method has well adaptability and higher efficiency in the post-buckling analysis of plates and sheik structures for tracing whole load-deflection path and obtaining the convergence values at any specified load levels.     

A local pseudo arc-length method for hyperbolic conservation laws

A local pseudo arc-length method（LPALM）for solving hyperbolic conservation laws is presented in this paper.The key idea of this method comes from the original arc-length method,through which the critical points are bypassed by transforming the computational space.The method is based on local changes of physical variables to choose the discontinuous stencil and introduce the pseudo arc-length parameter,and then transform the governing equations from physical space to arc-length space.In order to solve these equations in arc-length coordinate,it is necessary to combine the velocity of mesh points in the moving mesh method,and then convert the physical variable in arclength space back to physical space.Numerical examples have proved the effectiveness and generality of the new approach for linear equation,nonlinear equation and system of equations with discontinuous initial values.Non-oscillation solution can be obtained by adjusting the parameter and the mesh refinement number for problems containing both shock and rarefaction waves.     

The displacement discontinuity method in the analysis of open cracks

The application of the displacement discontinuity numerical technique to the solution of some problems of fracture mechanics is demonstrated in the hypothesis of homogeneous and elastic material. The fracture is supposed to be free from traction and is represented by a set of constant displacement discontinuity elements, except for two parabolic elements, located at each crack tip, in order to simulate the singularity of the solution near the crack tips. On the basis of the stress and displacement field determined by the displacement discontinuity method, the stress intensity factors for mode I and II are computed according to the method of the displacements. Three examples are provided to verify the validity of the formulation.

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Sommario Lo scopo del presente lavore è di illustrare l'applicazione del metodo numerico della Displacement Discontinuity alla soluzione di alcuni problemi di meccanica della frattura, nell'ipotesi di materiale omogeneo ed elastico. La frattura è supposta aperta ed è rappresentata da una linea di elementi a discontinuità di spostamento costante, con l'eccezione di due speciali elementi parabolici, ubicati agli apici, al fine di simulare la singolarita' del campo tensionale. Sulla base del campo degli sforzi e degli spostamenti cosi determinati, vengono ricavati i fattori di concentrazione degli sforzi in modo I e II mediante il metodo degli spostamenti. Vengono inoltre riportati tre esempi di calcolo, effettuati al fine di verificare la validità del procedimento proposto.

     

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     

Conservative high precision pseudo arc-length method for strong discontinuity of detonation wave

A hyperbolic conservation equation can easily generate strong discontinuous solutions such as shock waves and contact discontinuity. By introducing the arc-length parameter, the pseudo arc-length method(PALM) smoothens the discontinuous solution in the arc-length space. This in turn weakens the singularity of the equation. To avoid constructing a high-order scheme directly in the deformed physical space, the entire calculation process is conducted in a uniform orthogonal arc-length space. Furthe...     

结构近似分析中的二次位移假定

本文提出结构近似分析中的“二次位移假定”方法,并详细讨论了二次位移假定在有限元位移法中的实施。     

爆炸冲击波强间断问题的高阶伪弧长算法研究

为了提高对冲击波强间断处的分辨率,通过引入弧长参数,使网格自适应地朝着间断处移动,并结合高精度WENO数值格式,进而达到了对大梯度物理量的高分辨率捕捉。针对网格移动造成的非均匀和非正交现象,通过坐标变换,使得计算过程在均匀正交的计算空间中进行。通过和有限体积下的数值结果对比,结合数值误差分析,可以看到高阶伪弧长数值算法不仅保证了高精度而且对间断的捕捉更加明显,在间断附近解的整体光滑性较好,网格的自适应移动使得解的奇异性得到了削弱,因此可以削弱高阶格式容易引起数值振荡这个缺点。最后采用高阶伪弧长算法计算了化学反应流问题,结果表明高阶伪弧长算法有着较快的收敛率,对于解决爆炸与冲击强间断问题有着较为明显的优势。