智能结构载荷识别的有限元反分析方法

利用阻尼最小二乘法建立了一种识别作用于结构上的载荷的大小和位置等参数的反分析方法。该方法能够根据结构中部分点的位移测量值进行载荷识别,并与有限元法和有限差分法相结合以增强它的适用性。算例表明该方法的有效性。     

多变量载荷作用下的结构非线性稳定分析

本文从有限元基本平衡方程出发,首先导出了结构非线性稳定性分析的一般方程,在此基础上给出了一个既简单但又明瞭的临界点类型判别准则。其次,作者引用 Koiter 的渐近分析基本思想,给出了一个用有限元平衡方程形式表达的初始后临界分析的近似方程式。使用这一公式,一方面我们能判断结构在后临界状态的特性(如稳定或不稳定);另一方面我们也能把它作为在临界点处的一个有限元增量解,从而可避免在临界点处一般由于切线刚度矩阵奇异而产生的迭代收敛缓慢或发散。最后,作为本文所建议方法的应用,也给出了二个简单的分析算例。     

基于混合编码遗传算法和有限元分析的压电结构载荷识别

与传统的优化算法相比,遗传算法不需要计算目标函数的导数信息,便于迭代,可实现全局寻优.因此,本文提出一种采用混合编码的遗传算法与有限元分析相结合,对复合材料层合板、壳进行载荷识别的新方法.在遗传算法求解过程中,设计变量的编码方法选择是其重要环节,二进制编码容易产生连续函数离散化时的映射误差,且其求解精度与染色体的编码长度紧密相关,过长的染色体描述虽可提高精度,但会显著降低算法的求解效率.为此,本文提出采用混合编码的方法进行载荷识别,即用二进制编码表征载荷作用位置,浮点数编码表示载荷的大小.这一方法大大降低了染色体的长度,并显著提高了计算效率和精度.     

张力结构的非线性有限元分析

张力结构中的索结构分析通常采用非线性二节点直线或二次曲线单元，但是在大跨度结构，尤其是索弯顶结构的分析中，常用的单元已不能满足精度的要求，本文提出了考虑自重作用下有初始垂度的五结点非线性空间曲线元模型，放弃了一些特殊的假定，考虑了应变表达式中高阶量的影响，推导出了适合于弹性大位移几何非线性分析的Ｌａｇｒａｎｇｄ方程及其切线刚度矩阵，编制了相应的计算程序。     

高速杆式弹体侵彻下蓄液结构载荷特性的有限元分析

为探讨高速弹体侵彻下蓄液结构的防护方法,采用瞬态非线性有限元,研究了高速杆式弹体侵彻下蓄液结构承受的冲击载荷特性,分析了冲击载荷的作用过程、前后板承受的载荷强度及其弹体初速度和水域尺度的影响。结果表明:弹体在蓄液结构中的初始开坑作用,将形成入射冲击波,其压力峰值极高,但作用时间短,并将在液体内产生多次反射;弹体在液体中的侵彻,将产生空化,并形成峰值小、作用时间长的空化压力载荷;后板对液体流的阻碍作用将形成出口局部高压;入射冲击波和出口局部高压的强度随着弹体初速度的增加而增大,随着水域长度的增加而不断减小。根据所受冲击载荷特性的不同,将前、后板分别划分为3个不同的区域,并建立了每个分区的简化计算模型。     

基于弯矩修正法的浅水区海底直铺管道允许悬跨长度计算

海底管道悬空问题是管道工程建设中经常遇到的重要问题,当管道的悬跨长度达到一定值时,管道较容易失稳,而悬空油气管道失稳破坏导致的后果往往非常严重,因此需要对悬空的海底管道进行定期的维护和处理,但由于海上作业难度大,针对悬空管道的治理成本非常高,因此可考虑对处于悬空但在安全允许悬空范围内的管道暂时不进行加固,此时就需要计算管道的允许悬跨长度,为管道的治理提供依据。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道的悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。本文考虑浅水区波浪的非线性影响,推导得到浅水区波浪场内任意一水质点的水平流速和竖向流速计算公式,并根据该公式和Morison方程,进一步建立了管道悬跨水动力载荷的表达式,最后基于弯矩修正法,提出浅水区平铺海底管道允许悬跨长度计算公式。根据工程实例,结合本文研究,计算得到该工程所在海区平铺管道允许悬跨长度。     

一类有限元结构分析的EBE计算方法

本文利用ＥＢＥ策略的基本思想，给出一类有限元结构分析的ＥＢＥ计算方法，即ＥＢＥ共轭梯度法ＥＢＥ－ＣＧ和ＥＢＥ预处理共轭梯度法ＥＢＥ－ＰＣＧ，这类方法避免了传统有限元结构分析中总刚度阵的组集而可大大降低存储量要求。同时它们还特别适合在各种粒度下的多处理机系统上实现。初步数值试验结果表明：这类ＥＢＥ有限元结构分析方法对串行和并行计算都是很有效的。     

复合材料层合壳有限元分析的预测-修正法

对于复合材料层合壳的有限元分析，本文根据Reissner-Mindlin型的全局位移场给出了一个预测一修正法。首先按照一般的有限元分析过程(没有引入剪切修正系数)计算出全局响应(如挠度，频率和屈曲载荷等)的预测值；然后利用Lagrange插值构造横向剪应力的一般形式，使得满足层间连续和表面上为零的条件，通过最小二乘法拟合三维应力平衡方程获得横向剪应力；最后在单元上计算和引入剪切修正系数，再经过有限元分析计算出全局响应的修正值。     

共同随机载荷下结构动态可靠性分析

目前对结构的可靠性研究仅考虑结构所受的一种载荷,本文从结构所受的4种载荷共同作用于结构的实际情况出发,运用Turkstra方法对应力进行了三种不同的组合,分别求得三种应力组合下结构所受的应力。然后根据应力-强度干涉理论,将结构分为强度不退化和强度退化,分别建立了结构的动态可靠性模型,运用一次二阶矩法,求出三种组合应力下结构的强度不退化和强度退化时结构的动态可靠性指标,把最低的可靠性指标确定为结构的动态可靠性指标。最后,通过实际算例的验证证明:动态可靠性指标在机翼设计初期都是0.9998;如果考虑多次荷载且机翼强度不退化时,机翼可靠性指标在1000h内为1.718;如果考虑多次荷载且机翼的可靠性指标在1000h内为0.968。这种情况与工程实际相符合,表明了文中预测模型具有合理性和有效性。     

复合材料层合圆柱壳的有限元分析

本文根据Reissner-Mindlin型的全局位移场(一阶和三阶)，应用有限元预测一修正法，数值计算和分析了机械载荷作用下复合材料层合圆柱壳的挠度和横向剪应力。首先按照一般的有限元分析过程(没有引入剪切修正系数)计算出层合圆柱壳的挠度预测值；然后利用Lagrange插值构造横向剪应力的一般形式，使得满足层间连续和表面上为零的条件，通过最小二乘法拟合三维应力平衡方程获得横向剪应力；最后在单元上计算和引入剪切修正系数，再经过有限元分析计算出层合圆柱壳的挠度修正值。数值计算结果与三维线弹性解的比较表明，挠度修正值和横向剪应力的精度是十分满意的。     

基于等几何分析的比例边界有限元方法

提出了一种具有比例边界有限元的半解析特性和等几何分析的几何特性的新方法。该新方法是在比例边界有限元框架中用NURBS曲线或曲面精确描述域边界几何形状,同时域边界位移场采用描述几何形状的NURBS形函数等参构造。这种新方法具有比例边界有限元固有的径向解析特性和NURBS的高阶连续性的优点。数值算例显示,与传统的比例边界有限元相比,基于等几何分析的比例边界有限元方法提高了域边界单元和域内应力场的连续性,减少了计算自由度。应用此方法可以用较少的计算自由度获得更高连续阶和更高精度的位移、应力和应变场。     

Numerical analysis of finite amplitude motion of waves and a moored floating body under severe storm conditions

The motion of a moored floating body under the action of wave forces, which is influenced by fluid forces, shape of the floating body and mooring forces, should be analysed as a complex coupled motion system. Especially under severe storm conditions or resonant motion of the floating body it is necessary to consider finite amplitude motions of the waves, the floating body and the mooring lines as well as non-linear interactions of these finite amplitude motions. The problem of a floating body has been studied on the basis of linear wave theory by many researchers. However, the finite amplitude motion under a correlated motion system has rarely been taken into account. This paper presents a numerical method for calculating the finite amplitude motion when a floating body is moored by non-linear mooring lines such as chains and cables under severe storm conditions.     

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     

Boundary-type finite element method for wave propagation analysis

The boundary-type finite element method has been investigated and applied to the Helmholz and mild-slope equations. Four types of interpolation function are examined based on trigonometric function series. Three-node triangular, four-node quadrilateral, six-node triangular and eight-node quadrilateral elements are tested; these are all non-conforming elements. Three types of numerical example show that the three-node triangular and four-node quadrilateral elements are useful for practical analysis.     

一类有限元结构分析的EBE计算方法

本文利用ＥＢＥ策略￣［１］的基本思想，给出一类有限元结构分析的ＥＢＥ计算方法，即ＥＢＥ共轭梯度法ＥＢＥ－ＣＧ和ＥＢＥ预处理共轭梯度法ＥＢＥ－ＰＣＧ，这类方法避免了传统有限元结构分析中总刚度阵的组集而可大大降低存储量要求。同时它们还特别适合在各种粒度下的多处理机系统上实现。初步数值试验结果表明：这类ＥＢＥ有限元结构分析方法对串行和并行计算都是很有效的。     

幂律全塑性罚函数随机有限元

用罚函数有限元方法解决平面应变下的体积下可压缩问题,应用摄动有限元理论发展幂律全塑性随机有限元,并以弹性模是E,泊松比u和节点坐标等的基本随机变量,推导有限元列式,给出单板受拉,梁受弯的算例。     

Plastic limit analysis of incompatible finite element method

This paper describes an incompatible finite element model satisfying the consistencycondition of energy to solve the numerical precision problem of finite element solution inperfectly plastic analysis.In this paper the reason and criterion of the application of themodel to plastic limit analysis are discussed,and an algorithm of computing plastic limitload is given.     

随机有限元方法在断裂分析中的应用

在幂律非线性随机有限元基础上,以单边裂纹板为例给出计算含量钢继裂参数,J（J积分）,δ（裂纹张开位移）,Δ（由裂纹引起的裂纹板上下底面相对位移）,θ（由裂纹引起的裂纹板上下底在相对转角）及其对基本随机变量变化率的方法和分析算例。     

Gauge finite element method for incompressible flows

A finite element method for computing viscous incompressible flows based on the gauge formulation introduced in [Weinan E, Liu J‐G. Gauge method for viscous incompressible flows. Journal of Computational Physics (submitted)] is presented. This formulation replaces the pressure by a gauge variable. This new gauge variable is a numerical tool and differs from the standard gauge variable that arises from decomposing a compressible velocity field. It has the advantage that an additional boundary condition can be assigned to the gauge variable, thus eliminating the issue of a pressure boundary condition associated with the original primitive variable formulation. The computational task is then reduced to solving standard heat and Poisson equations, which are approximated by straightforward, piecewise linear (or higher‐order) finite elements. This method can achieve high‐order accuracy at a cost comparable with that of solving standard heat and Poisson equations. It is naturally adapted to complex geometry and it is much simpler than traditional finite element methods for incompressible flows. Several numerical examples on both structured and unstructured grids are presented. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

A triangular quasi-conforming finite element for transient dynamic analysis

A type of 3 node triangular element is constructed by the Quasi-conforming method, which may be used to solve the equation of a type of inverse problem of wave propagation after Laplace transformation Δu−A ² u=0. The strains in the element are approximated by an exponential function and the string-net function between neighbouring elements is approximated by one dimensional general solution of the equation. Furthermore the strain field satisfies the equation, and therefore in the derivation of the element formulation, no shape function is needed. In this sense, it is a kind of hybrid element. Compared with the ordinary linear triangular element, the new one features higher precision with coarse meshes. Some numerical tests are presented. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China.