弹性薄板与层状无限非均匀介质的耦联分析

本文采用一维离散、二维解析的半解析单元法研究弹性薄板与无限介质静力相互作用问题,为工程上解决具有复杂材料特性的无限土体介质与明置结构的耦联分析提供一种简便、实用、有效的方法。文中还对耦联问题中介质特性效应、相对刚度效应、板件形状效应、土层深度效应以及非均质性影响等作了较为全面的分析。     

非均匀损伤介质中波传播的数值解

对弹性波在非均匀损伤介质中的传播理论进行了研究。通过将非均匀损伤区域离散成分层均匀的区域,结合相邻区域交界面处的连续条件,推导出了以右行波、左行波为状态向量的波动方程和传递矩阵。对几种非均匀损伤介质中波的传播进行了实例数值计算,并和其解析解的结果进行了比较,讨论了弹性波在非均匀损伤介质中传播的一般性质。     

非均匀吸收介质中地震波的广义传播矩阵解法

本文在复频域内，通过应用混合变量粘弹性波方程和线性常微分方程组的指数矩阵解法，给出了一种计算非均匀吸收同中地震波传播的广义传播矩阵解法。该方法适用于各种粘弹性模型，可模拟任意震源及所产生的各种体波、面波，数值结果表明具有很高的计算精度。     

RCCD温度应力分析的非均匀单元方法

本文根据碾压混凝土坝的施工特点提出的非均匀模型和等效均匀模型能显著提高碾压混凝土坝温度应力分析的计算效率，并有与常规方法相同的计算精度．     

非均匀吸收介质中地震波的广义传播矩阵解法

本文在复频域内,通过应用混合变量粘弹性波方程和线性常微分方程组的指数矩阵解法,给出了一种计算非均匀吸收介质中地震波传播的广义传播矩阵解法。该方法适用于各种粘弹性模型,可模拟任意震源及所产生的各种体波、面波,数值结果表明具有很高的计算精度。     

非均匀介质弹性波动方程的不规则网格有限差分方法

从弹性波动方程出发,提出了一种新的空间不规则网格有限差分方法,并用于求解非均匀各向异性介质中的弹性波正演问题。这种方法简单易行,对于复杂几何结构,例如低速层、套管井和非平面界面等,在较细的不规则网格上进行离散,计算时间和占用内存更少。与多重网格差分方法相比,该方法不需要粗、细网格之间的插值,所有网格差分计算在同一次空间迭代中完成。具有复杂几何交界面的模型计算,包括地下透镜体、套管井眼等,在确定弹性常数和密度后,用不规则网格的差分方法更易实现。该方法使用了Higdon吸收边界条件解决人工边界反射问题,引入了新的稳定性条件和网格频散条件,很好地消除了非物理散射波。理论模型的效值计算表明,该方法具有良好的稳定性和计算精度,在模拟非均匀介质弹性波传播时,比相同精度的规则网格有限差分方法计算速度更快。该方法易于推广到非结构网格和三维问题中。     

非均匀介质散射问题的体积分方程数值解法

将非均匀介质视为某一均匀背景介质中的扰动，可建立用均匀背景介质格林函数作基本解的体积分方程．给出了配置法求解体积分方程的数值方法，首先解得扰动域内各点以速度扰动为权的波场函数，然后回代计算得到观测面上各接收点的散射波场．与边界元法和Ｂｏｒｎ近似法计算结果比较表明该方法具有很高的精度，可得到穿过非     

位势流动和非均匀介质中声波方程的36种形式

声波方程是对大多数声学问题进行数学描述的出发点. 那些得到 广泛应用的经典波动方程及对流波动方程都存在苛刻的适用条件, 即仅适用于描述处于静态或匀速运动状态的定常 均匀介质中的线性无耗散声波. 然而, 很多实际场合并不满足这些严格的适用条件. 本文对经典声波方程和对流声波 方程进行推广, 导出了编号为W1$\sim$W36的36种不同形式的声波方程, 涵盖了处于静止、势流或旋涡流状态下的非均匀 和/或非定常介质中的声波传播问题. 所考虑的声波传播情形包括: (1) 线性波, 即具有小梯度(小振幅)性质; (2)非线性波, 即具有陡峭梯度性质, 包括``波纹'(小振幅大梯度)或者大振幅波. 本文仅考虑非耗散声波, 即排除了由剪切、体积黏度及热传导所引起的耗散. 对具有匀熵或等熵(熵沿流线守恒)性质的均匀介质和非均匀介质中的声传播进行了研究但非等熵(即耗散)情况除外; 另外, 对非定常介质中的 声波问题也进行了分析. 所涉及的介质可以处于静止、匀速运动状态, 或者是非匀速的和/或非定常的平均流动, 包括: (1)低Mach数的势平均流(即不可压缩的平均态), 或高速势平均流(即非均匀可压缩的平均流); ② 变截面管 道中的准一维传播, 包括无平均流的号管和具有低或高Mach数平均流的喷管; 或③平面的、空间的、或轴对称的单 向剪切平均流. 本文没有探讨其他类型的旋涡平均流(将与耗散及其他情形一起留待下一步研究), 例如, 可能与剪切效应相结合的轴对称旋转平均流. 通过对流体力学的一般方程进行消元处理或根据声学变分原理, 导出了36种波动方程, 对一些波动方程还采用这两种方法进行相互校验. 尽管声波方程的36种形式没有涵盖非线性、非均匀与非定常及非匀速运动介质 这3个效应的所有可能的组合情形, 但它们的确包括了孤立状态下的各种效应, 并包括了多种多重效应组合的 情形. 虽然经典波动方程和对流波动方程仅适用于处于静止(或匀速运动)的均匀定常介质中的线性无耗散声波, 但它们在 相关文献中已被广泛采用; 本文给出的36种声波方程提供了它们多种有用的推广形式. 在许多实际应用中, 经典波动方 程和对流波动方程仅是粗略的近似, 声波方程的更一般形式可提供更令人满意的理论模型. 本文每节末尾给出了这些应用 的众多范例. 在这篇评论文章中引用了240篇参考文献.     

径向非均匀介质中圆形夹杂的动应力分析

基于复变函数理论,研究了径向非均匀弹性介质中均匀圆夹杂对弹性波的散射问题. 介质的非均匀性体现在介质密度沿着径向按幂函数形式变化且剪切模量是常数. 利用坐标变换法将变系数的非均匀波动方程转为标准亥姆霍兹(Helmholtz) 方程. 在复坐标系下求得非均匀基体和均匀夹杂同时存在的位移和应力表达式. 通过具体算例分析了圆夹杂周边的动应力集中系数(DSCF). 结果表明:基体与夹杂的波数比和剪切模量比,基体的参考波数和非均匀参数对动应力集中有较大的影响.      

含有随机夹杂非均匀体的有效弹性模量

在对含有随机夹杂的非均匀体求有效弹性模量时,一般多根据Eshelby的等效夹杂法,但由于该方法没有充分考虑非均匀体内部的微结构,所以其理论具有一定的局限性。本文认为Kunin的微结构理论与Eshelby的等效夹杂法相比更具一般性,因而本文采用了文[9]中一些合理的思想,摒弃了其中不合理的假设,并且建立了一种新的理论模型.最后,本文针对球夹杂的情况给出了非均匀体有效弹性模量依赖于夹杂体积份数的关系,并将该结果与文[10]中的结果进行了比较.     

基于单元分解的结构断裂扩展有限元法

研究并提出了一种基于单元分解的扩展有限元方法,并将其用于求解结构断裂问题。首先,将不含加强节点的四边形单元剖分为四个三角形子域,通过加权平均获得单元中心处局部应变值;其次,基于三角形子域局部应变进一步构造单元刚度矩阵稳定项。最后,将该单元分解法应用到扩展有限元法的分析中。与传统扩展有限元方法相比,该方法可有效减少积分点数量、避免复杂等参变换且能保证裂纹尖端应力强度因子的求解精度。

     

基于扩展有限元的应力强度因子的位移外推法

针对平面裂纹问题,阐述了扩展有限元法的单元位移模式、推导了扩展有限元法的控制方程、介绍了特殊单元的数值积分技术.基于最小二乘法,建立了应力强度因子位移外推法的计算公式.利用MATLAB编写计算程序,对平面裂纹问题用扩展有限元法进行了计算.基于扩展有限元法的计算结果,分别利用位移外推法和相互作用积分法,对平面裂纹的应力强度因子进行了计算.计算结果表明,位移外推法比相互作用积分法能更方便和准确地计算平面裂纹的应力强度因子.     

A FINITE ELEMENT METHOD FOR DIELECTRIC ELASTOMER TRANSDUCERS

We present a finite element method for dielectric elastomer(DE) transducers based on the nonlinear field theory of DE.The method is implemented in the commercial finite element software ABAQUS,which provides a large library functions to describe finite elasticity.This method can be used to solve electromechanical coupling problems of DE transducers with complex configurations and under inhomogeneous deformation.     

四辊轧机辊系变形分析的有限元方法

采用有限元方法求解四辊轧机辊系变形问题,由于在工作辊及支承辊之间存在着未知接触压力和位移因而该问题无法用简单方法求解;根据辊系变形与受力的特殊性对方程进行变换可解出辊系各点位移,从而实现对辊系变形及辊缝形状进行较为准确的预报及控制。     

随机有限元方法与结构可靠性

简要介绍和综合论述了随机结构的有限元分析及可靠性分析方法的研究及发展情况．包括随机结构的离散化、随机有限元控制方程的求解、随机有限元可靠性方法及随机结构的可靠性分析等．讨论了随机结构分析中存在的一些问题．概要论述了可能的发展方向．     

各向异性体对瞬态SH波散射问题的边界元方法

本文利用Fourier变换和加权残数法建立了正交各向异性体反平面瞬态波散射问题的边界积分方程,构造了在边界上能满足波动方程的边界元函数,它比常用的二次元和高次元具有较好的适应性。数值结果表明利用该形函数计算高频情形下的散射问题具有很高的精度。     

HIERARCHICAL STOCHASTIC FINITE ELEMENT METHOD FOR STRUCTURAL ANALYSIS

In this paper, the hierarchical approach is adopted for series representation of the stochastic nodal displacement vector using the hierarchical basis vectors, while the Karhunen-Lòeve series expansion technique is employed to discretize the random field into a set of random variables. A set of hierarchical basis vectors are defined to approximate the stochastic response quantities. The stochastic variational principle instead of the projection scheme is adopted to develop a hierarchical stochastic finite element method (HSFEM) for stochastic structures under stochastic loads. Simplified expressions of coefficients of governing equations and the first two statistical moments of the response quantities in the schemes of the HSFEM are developed, so that the time consumed for computation can be greatly reduced. Investigation in this paper suggests that the HSFEM yields a series of stiffness equations with similar dimensionality as the perturbation stochastic finite element method (PSFEM). Two examples are presented for numerical study on the performance of the HSFEM in elastic structural problems with stochastic Young’s Modulus and external loads. Results show that the proposed method can achieve higher accuracy than the PSFEM for cases with large coefficients of variation, and yield results agreeing well with those obtained by the Monte Carlo simulation (MCS).     

组合结构罚有限元分析与罚因子的影响

该文讨论了不同刚度组合结构有限元罚单元罚因子的选取，提出了罚因子选取的一般原则，在实例中，提出了罚单元的估计式及罚因子的取值范围，这对一般情况的数值计算也具有一定的参考价值。     

AN IMPROVED MODAL ANALYSIS FOR THREE-DIMENSIONAL PROBLEMS USING FACE-BASED SMOOTHED FINITE ELEMENT METHOD

In this work, we further extended the face-based smoothed finite element method (FS-FEM) for modal analysis of three-dimensional solids using four-node tetrahedron elements. The FS-FEM is formulated based on the smoothed Galerkin weak form which employs smoothed strains obtained using the gradient smoothing operation on face-based smoothing domains. This strain smoothing operation can provide softening effect to the system stiffness and make the FS-FEM provide more accurate eigenfrequency prediction than the FEM does. Numerical studies have verified this attractive property of FS-FEM as well as its ability and effectiveness on providing reliable eigenfrequency and eigenmode prediction in practical engineering application.     

非均质材料动力分析的广义多尺度有限元法

自然界和工程中的大部分材料都具有多尺度特征,当考察尺度小到一定程度后,都将表现出非均质性.针对非均质材料的动力问题,提出了一种广义多尺度有限元方法,其基本思想是利用静态凝聚法以及罚函数法构造能够反映单元内部材料非均质特性的多尺度位移基函数.与传统扩展多尺度有限元法中的基函数构造方式不同,广义多尺度有限元法的基函数无需通过在子网格域上多次求解椭圆问题得到,而可直接通过矩阵运算获得.其主要步骤如下:利用数值基函数将一个非均质单胞等效为一个宏观单元,进而形成整个结构的等效刚度矩阵,并得到宏观网格的节点位移,最后再次利用数值基函数得到微观尺度上的位移结果.该广义多尺度有限元法是扩展多尺度有限元法的一种新的拓展,可模拟具有更加复杂几何的非均质单胞的力学行为.通过数值算例,模拟了非均质材料的静力问题、广义特征值问题以及瞬态响应问题,计算结果表明:在边界条件一样的情况下,广义多尺度有限元法的计算结果与传统有限元的计算结果保持高度一致.与传统有限元相比,该方法在保证计算精度的同时极大地提高了计算效率.研究结果表明,广义多尺度有限元法能够很好地模拟非均质单胞的力学行为,具有良好的工程应用潜力.