旋转壳在子午面内整体弯曲的几何非线性摄动有限元法及在波纹管计算中的应用(Ⅰ)

为切实有效地计算波纹管,建立了旋转壳在子午面内整体弯曲几何非线性问题的摄动有限元法。以结构环向应变的均方根为摄动小参数,将有限元节点位移列式和节点力列式直接展开。通过摄动小参数将非线性有限元的载荷分级和迭代过程有机地统一起来,即载荷的分级是有约束的,每一级载荷增量和所对应的位移增量之间的关系是已知的,每一级的计算一步到位。为叙述方便并具实用性,将旋转壳用截锥壳单元进行离散。位移分量和载荷分量沿环向按Fourier级数展开,沿子午线用多项式插值,端面弯矩和横向力化成载荷分量离散到节点上。采用Sanders中小转角非线性几何方程和各向同性广义Hooke定律。对多层材料叠合而成的旋转壳按各层薄膜应变、弯曲应变、扭转应变相等的原则进行处理,该方法能方便有效地计算单层和多层波纹管整体纯弯曲、横向弯曲的几何非线性问题。并为有限元处理非线性问题提供了一条新途径。     

旋转壳在子午面内整体弯曲的几何非线性摄动有限元法及在波纹管计算中的应用(Ⅱ)

利用(Ⅰ)提出的旋转壳在子午面内整体弯曲的几何非线性摄动有限元法分析了波纹管在纯弯矩、横向力作用下的刚度和应力分布。首先,将其中的一阶摄动解(线性解)和作者曾经提出的中细环壳一般解、初参数积分解进行了比较,以及与他人的实验、有限元分析进行了比较,表明本法具有良好的精度和可靠性,且如(Ⅰ)所指出的那样,波纹管子午线曲率的突变不妨碍一般直线单元的应用。然后,讨论了波纹管的非线性特征,结果显示,波纹管的非线性效应主要来自其环板,而且环板愈宽非线性效应愈大,例如,C型波纹管相当于环板宽度为零的U型波纹管,因而其非线性效应几乎可以忽略不计。此外,在纯弯矩作用下,依线性解波纹管各个波的应力分布是相同的,而依非线解各个波的应力分布是不相同的,但对于常见的波纹管,在工程精度内线性解是有效的。     

柔性圆环壳在子午面内整体弯曲的复变量方程及细环壳的一般解

在З.Л.Аксельрад(E.L.Axelrad)非轴对称载荷下柔性旋转壳线性方程的基础上,导出了圆环壳在子午面内整体弯曲的复变量方程和相应的细环壳方程.该方程可与钱伟长给出了一般解的В.В.Новожилов(V.V.Novozhilov)轴对称环壳方程相类比.通过类比,给出了细环壳在子午面内整体弯曲的一般解.所给出的解可以用来计算波纹管整弯曲的应力和端面位移.     

大型水平轴风力机叶片气动弹性计算

给出了一种考虑几何非线性的大型风力机静、 动气动弹性一体化计算方法．采用涡尾迹方法进行风力机气动载荷计算．建立风力机风轮的三维壳模型．沿周向平均风力机叶片载荷并加载到结构模型进行非线性静气动弹性分析．基于动力学小扰动假设, 在静平衡构型下进行动力学线性化, 计算风轮固有振动特性．继而结合非定常涡尾迹方法计算风力机动气动弹性响应．计算了NH 1500叶片考虑几何非线性的静气动弹性位移和动气动弹性响应．结果表明,大型风力机叶片几何非线性较为明显地减小静气动弹性位移,同时降低动气动弹性的响应幅值．大型风力机气动弹性响应计算需要考虑几何非线性     

复合材料层合板的三维非线性分析

本文提出了一种研究复合材料层合板壳三维问题的解析方法．该方法采用摄动方法和变分原理来满足三维弹性理论基本微分方程及限制条件，分析了受横向载荷作用的复合材料各向异性单层圆板及层合圆板的三维非线性问题．得到了高精确度的摄动级数解答．大量结果表明横向剪应力和横向正应力在层合板的三维非线性分析中是很重要的．     

复合材料旋转壳非线性稳定性分析计算

利用前屈曲一致理论和能量变分法分析计算了复合材料旋转壳非线性稳定性.前屈曲应变-位移关系采用非线性的卡门方程,能量积分采用数值积分,用势能最小原理求解前屈曲位移和内力,提出了求解临界载荷的实用计算方法,用FORTRAN语言编制了相应的计算机程序,并给出了算例.     

中细柔性圆环壳整体弯曲的一般解及在波纹管计算中的应用（I）—基本方程和一般解

讨论了圆环壳在横向载荷作用下的整体弯曲问题，提出了中细柔性圆环壳的概念、基本方程和一般解。本文称粗细比（子午线曲率半径与子午线曲率中心到回转轴的距离之比）小于1／3的圆环壳为中细圆环壳；方程的推导基于E.L.Axelrad的柔性壳理论；所得的解含有处理边界问题所必须的积分常数并且在全域内处处收敛；本解能方便地用于有关波纹管的计算。全文共分4个部分：（I）基本方程和一般妥；（Ⅱ）Ω型波纹管的计算；（Ⅲ）C型波纹管的计算；（Ⅳ）U型波纹管的计算。     

多层复合材料圆柱壳的非线性失稳计算

本文用能量法和有限差分法分析了多层复合材料圆柱壳在轴压、静水压力及扭转等载荷作用下的非线性屈曲和后屈曲性能。本文考虑了柱壳的初始缺陷、几何非线性、材料的物理非线性(剪切模量非线性)等因素对于临界载荷的影响。同时还讨论了横向剪切效应。计算分析结果与一些实验结果比较一致。     

扁薄锥壳在周边弯矩和横向载荷共同作用下的非线性振动

从问题的变分方程和协调方程出发,选取扁锥壳中心最大振幅为摄动参数,采用摄动变分法,对周边简支的扁薄锥壳在周边弯矩和横向载荷共同作用下的非线性振动问题进行了求解.一次近似得到了扁薄锥壳在静载荷作用下的线性固有频率,二次近似得到了扁薄锥壳在静载荷作用下的精确度较高的非线性固有频率.并给出了小变形时固有频率与周边弯矩、横向载荷、振幅以及锥底角之间非线性关系的三次近似解析表达式,数值结果的图形反映了在一定范围内固有频率和各参数之间非线性关系的复杂性和规律性.     

高阶剪切变形板理论Karman型方程及在热后屈曲分析中的应用

本文基于Ｒｅｄｄｙ高阶剪切变形板理论导出Ｋａｒｍａｎ型非线性大挠度方程并用于层合板热后屈曲分析，分析中计及板初始几何缺陷和热效应。给出了四边简支，对称正交铺设层合板在均匀或非均匀抛物型热分布作用下的后屈曲分析。采用摄动－Ｇａｌｅｒｋｉｎ混合法确定板的热屈曲载荷与热后屈曲平衡路径。同时讨论了横向剪切变形。采用摄动－Ｇａｌｅｒｋｉｎ混合法确定板的热屈曲载荷与热后屈曲平衡路径。同时讨论了横向剪切变形，板     

具有一致精度的薄壳方程的线性有限元方法

对Naghdi壳的弯曲问题提出一种混合有限元方法.该方法采用连续分片线性函数逼近切向延压应力张量和横向剪切应力向量,并采用间断线性函数来逼近壳的中面位移和法向纤维旋转.建立了适用于任意几何形状的壳的一般性的误差估计.分析表明如果壳中面的几何系数是分片常数,该方法对主要变量具有最优阶的,与壳的厚度无关的一致的精度.在一般情况下,在壳体几何形状快速变化的区域中适当细化有限元网格是必要的.无论如何,当有限元网格尺寸不超过壳的厚度的平方根时,最优阶的一致精度可得到保证.     

中细柔性圆环壳整体弯曲的一般解及在波纹管计算中的应用(Ⅰ)——基本方程和一般解

讨论了圆环壳在横向载荷作用下的整体弯曲问题,提出了中细柔性圆环壳的概念、基本方程和一般解。本文称粗细比(子午线曲率半径与子午线曲率中心到回转轴的距离之比)小于1/3的圆环壳为中细圆环壳;方程的推导基于E.L.Axelrad的柔性壳理论;所得的解含有处理边界问题所必须的积分常数并且在全域内处处收敛;本解能方便地用于有关波纹管的计算。全文共分4个部分:(Ⅰ)基本方程和一般解;(Ⅱ)Ω型波纹管的计算;(Ⅲ)C型波纹管的计算;(Ⅳ)U型波纹管的计算。     

在边缘线布载荷作用下开顶扁球壳的非线性稳定问题的奇摄动解

本文利用奇异摄动方法计算了在内边缘线布载荷作用下无刚性中心的开顶扁球壳的非线性稳定问题,得到了几何参数k值较大时本问题的一致有效的渐近解.     

矩形网格扁壳结构的非线性振动

本文运用作者已建立的矩形网格扁壳的非线性弹性理论,求解了该类结构的非线性振动问题。通过采用横向挠度（网格节点横向位移）和力函数的某种（广义）Fourier级数形式的设定解,由试函数的加权得到解中系数之间的关系和决定时间未知函数的振动方程,然后利用正则摄动法和迦辽金法推导出结构自由振动和谐和激励作用下结构非线性受迫振动的幅频关系,并给出了计算实例。     

旋转薄壳的大位移分析

本文对旋转薄壳的大位移分析提出了一种新方案.与Karman-Donned方程不同的是,其控制方程是基于Green应变张量的.文中采用了以子午向Hermitian插值和环向Spline插值相结合的有限单元法,而且利用载荷-位形空间Rⁿ⁺¹中的弧长增量法求解所得的离散非线性方程组.根据上述方案,我们编制了STAB程序并计算了一些算例,得到了一些新的结果.     

双层网格圆底扁球壳的非线性稳定问题

从基于等效夹层壳思想的双层网格扁壳,非线性弯曲理论的变分方程出发,利用坐标变换方法和驻值余能原理,导出双层网格圆底扁球壳,在均布压力作用下的轴对称大挠度方程和边界条件．采用修正迭代法,求得了两类边界条件下双层网格圆底扁球壳的非线性载荷-位移关系式和临界屈曲载荷的解析表达式,并讨论了几何参数对临界屈曲载荷的影响．     

中细柔性圆环壳整体弯曲的一般解及在波纹管计算中的应用(Ⅱ)——Ω型波纹管的计算

(Ⅱ)是(Ⅰ)的具体应用。计算了Ω型波纹管的角向刚度、横向刚度和应力分布,并将所得结果与有关的细环壳理论及实验进行了比较。结果表明,单独用(Ⅰ)的非齐次解能够计算Ω型波纹管的纯弯曲,而且比细环壳理论更接近实际;但在横向位移作用下,(Ⅰ)的非齐次解只能部分地满足边界条件,此时应同时考虑齐次解的作用,即完整的一般解(Ⅰ)才能满足所有的要求.     

复合材料多层板壳大挠度非线性问题的迭代解法

在王震鸣等人提出的各向异性多层扁壳的大挠度方程的基础上,提出了复合材料多层板壳大挠度非线性问题的迭代解法。分析了四边简支的复合材料多层矩形扁壳,与小挠度线性理论解析解及有限元非线性解进行了对比。结果表明,载荷较小并发生小挠度时,所得的大挠度解和小挠度解析解非常接近,载荷较大时,所得解和有限元非线性解非常接近。     

静载荷作用下正交各向异性旋转扁壳的非线性自由振动

本文用加权残值法和Lindstedt－Poincare摄动法研究了圆柱型正交各向异性扁薄球壳和锥壳在均布静载荷作用下的轴对称非线性自由振动问题，得到了其非线性固有频率和振幅间的特征关系，并讨论了静载荷及壳体的几何参数和材料参数对其振动特性的影响。     

一般杆系结构的非线性数值分析

本文在total-Lagrange坐标系下,对Kirchhoff梁给出了考虑几何非线性的两种梁单元刚度的显式表达式.一种是一般的非线性梁元,它既考虑了应变增量和位移增量间的二次项,又计及了刚体位移的影响,另一种是简化的非线性梁元,它只在线性梁的平衡方程中直接加入了轴力对弯曲的影响.非线性方程采用混合法求解,文中通过一些算例的数值计算,对两种单元作了比较详细的分析和评估.