一个新的八节点非协调曲边四边形平面单元

本文在文[1]和文[2]的基础上,提出构造非协调有限元的新方法。该方法不用一般的变分原理,可适用任意变系数正定和非正定偏微分方程。利用这一方法得到一个新的八节点四边形平面应力单元。与一般有限元相比,位移和应力可提高一阶收敛精度。形成单刚矩阵时,不需要进行数值积分。单元之间的协调条件容易满足,文中给出收敛性证明。文末给出数值算例,表明利用本文的方法,应力和位移均可获得满意的数值精度。     

内参型四边形四节点拟协调平面单元

在拟协调框架之下,利用新的内参形函数构造了一个四边形四节点拟协调平面单元. 新的内参位移函数也可以添加到等参单元Q4 中来构造新的内参型等参单元. 新构造的拟协调单元QC6N 具有显式刚度矩阵,因而效率更高. 数值例子表明相比于四节点等参单元,新构造的单元可以提高计算精度和抗网格畸变的能力.      

框架一剪力墙结构分析的高精度平面单元

从三次平面等参元出发，构造出欠妥结点有旋转自由度的高精度矩形单元，该单元与平面等参元具有相同的单元特征及精度，同时具有连续介质力学中关于旋转度的定义。     

用非协调边界元处理角点问题

采用非协调单元,有效地解决了边界元的角点问题,给出了含有两个配位因子时非协调线性单元的系数矩阵的表达式,对弹性力学平面问题进行了数值计算.通过采用常数单元、线性非协调单元的计算结果与解析解的比较和分析,证明在均布载荷作用下,两者的计算结果都接近解析解;在非均布载荷作用下,线性单元的结果明显优于常数单元.结果表明,非协调边界元法是一种有效的处理角点问题的方法;线性非协调单元能够更好地处理非均布载荷,提高边界元法的计算精度.     

平面三角形单元有限元差分法

本文基于有限元差分法的构造方法,建立了平面三角形单元的有限元差分法。该方法的计算过程简单、规范,能够形成通用的计算程序。它直接给出连续的应力场,能够通过常应变收敛试验,具有较常规有限元法高得多的计算精度。更重要的是,该方法的构造思路能够推广于人们熟知的任何单元中。     

非局部平面应变和平面应力问题界定及其精确性讨论

在非局部弹性理论框架下对平面应变和平面应力状态重新界定.首先,分别在其相应简化假设下推导控制方程,并与经典局部情况进行比较.然后,引入变形协调条件对两类非局部平面问题的精确性进行讨论.其中,对于非局部平面应力状态,通过应变协调方程的Fourier变换形式来进行研究,使问题得以简化.通过以上分析,最终得到一些有价值的结论.     

计算叶片力学特性的三维8节点非协调有限单元法

针对叶片结构几何形状复杂的特点，建立了能进行叶片力学特性分析的三维8节点非协调有限单元模型。该模型采用了几何非线性和线弹性模式，来考虑叶片径向刚度远大于弯曲刚度而引起的在不同转速下初应力对叶片的作用，能够正确反映叶片的弯曲和扭转耦合振动模态、叶片组的切向和轴向振动模态以及它的应力状态。根据质量等效和力等效的原理，导出了在非协调单元中计算单元变形能时，记入附加的内部自由度，而计算单元的动能、体积力、表面力、以及阻尼力所做的虚功时，不记入附加的内部自由度，这是不同于目前一些文献中的提法。最后，通过实例计算验证了该模型的正确性。     

带旋转自由度的精化非协调平面四边形等参元

对于C~1类不协调元文[1]提出了一种精比直接刚度法。本文进一步将其应用到C~0类问题,建立一种带旋转自由度的不协调平面四边形单元,其协调部分是用人Allman插值法建立的单元函数,不协调部分用了四个内部自由度。该单元能保证通过分片试验,保持了单变量有限元列式简单、性能可靠(无多余零能模式及坐标不变性)等长处,同时,还具备多变量有限元(杂交/拟协调元)高精度的优点。算例表明,本文提出的单元收敛、可靠、高精度且高效率。     

连续曲线箱梁模型试验研究

建立一两跨连续曲线箱梁有机玻璃试验模型。二跨连续箱梁模型的跨径为45cm 45cm,分别进行了在集中荷载、均布荷载作用下的模型试验研究。垂直集中荷载采用杠杆法加载,均布荷载采用特制条形砝码搁置加载。采用YJ-25静态电阻应变仪、平衡箱,并用半桥测量,温度自补偿方法测定应变值。各种测试值均取分级荷载下读数的平均值,测量得到了沿横截面的应力、应变分布规律。用有限段法和有限元法对该模型进行了应力计算,与试验结果比较吻合较好,实验验证了理论的正确性。     

Incompatible curved quadrilateral plate bending element with 12-degrees of freedom

This paper presents a new curved quadrilateral plate element with12-degree freedom by the exact element method.The method can be used to arbitrary non-positive and positive definite partial differential equations without variation principle.Using this method,the compatibility conditions between element can be treated very easily,if displacements and stress resultants are continuous at nodes between elements.The displacements and stress resultants obtained by the present method can converge to exact solution and have the second order convergence speed.Numerical examples are given at the end of this paper,which show the excellent precision and efficiency of the new element.     

平面非协调动态有限元法

本文通过引入高阶非协调位移模式，从Ｈｅｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ泛函出发，给出了非协调动态有限元的一般列式，得到了相应的收敛准则。算例表明本文方法简单、有效     

Nonlinear Vibration of Plane Structures by Finite Element and Incremental Harmonic Balance Method

A nonlinear steady state vibration analysis of a wide class of planestructures is analyzed. Both the finite element method and incrementalharmonic balance method are used. The usual beam element is adopted inwhich the nonlinear effect arising from longitudinal stretching has beentaken into account. Based on the geometric nonlinear finite elementanalysis, the nonlinear dynamic equations including quadratic and cubicnonlinearities are derived. These equations are solved by theincremental harmonic balance (IHB) method. To show the effectiveness andversatility of this method, some typical examples for a wide variety ofvibration problems including fundamental resonance, super- andsub-harmonic resonance, and combination resonance of plane structuressuch as beams, shallow arches and frames are computed. Most of theseexamples have not been studied by other researchers before. Comparisonwith previous results are also made.     

圆截面杆在曲线井中的屈曲问题

本文研究了线弹性的圆截面压杆在刚性井壁的曲线井中的屈曲问题。压杆两端为铰支，杆和井壁之间的摩擦力忽略不计，失稳前假设压杆位于曲线井的较低侧。分析了压杆屈曲时的几何变形条件，导出了压杆的曲率，变形能和各项外力势的表达式，用最小势能原理导出压杆失稳的微分方程和边界条件。引入梁单元，用有限单元法求得了压杆失稳时的临界压力和杆轴线状态。结果显示，临界压力随着压杆自重和曲线井半径的增加而增加。自重为零时，杆轴线为半个正弦曲线；自重不为零时，杆轴线为振荡的曲线，且振荡主要集中在压杆顶部。     

波纹管在子午面内整体弯曲的半解析有限元法

波纹管是一类子午线呈波纹状的旋转壳，作为弹性敏感元件和柔性连接件在航空仪表和管道工程中起着重要的作用。长期以来基于壳体理论的分析多限于轴对称变形问题。最近，虽然出现了以柔性旋转壳理论为基础的解决波纹管整体弯曲问题的解析解和数值解，但仍有必要通过别的途径加以验证和补充。为些，本文提出了波纹管在子午面内整体弯曲的半解析有限元解。把波纹管近似成有限个截顶锥壳的组合体，每个截顶锥为一个单元。将位移分量沿纬线用Fourier级数展开，沿子午线用多项式插值，截锥单元因此化为2节点的直线单元，每节点为4个自由度。显然，对于同等的RAM和CPU，线单元可比其他单元划得更小。于是，利用小单元条件，将一个单元内的壁厚和平行圆半径近似地当作不变量，给出了用显式表示的单元刚度矩阵，为直观分析结构参数对波纹管力学性能的影响提供了方便。在此基础上，计算了Ω型，C型和U型波纹管在纯弯矩作用下的变形和应力分布，所得结果和已有的解析解，数值解相符。本法不限于波纹管的计算分析。     

杂交元本征应力模式和应力子空间的性质研究

详细讨论了有限元本征应力模式和应力子空间的性质，并着重讨论和进一步完善了与杂交应力有限元应力子空间有关的一些定理，为提出新方法提供了理论基础，主要包括：（1）证明了杂交元特征值不大于对应位移元的特征值；（2）证明了矩阵H非奇异的充分必要条件是假设应力模式线性无关；（3）证明了杂交元所对应位移元的本征应力模式形成的杂交元与该位移元相同；（4）证明了等价假设应力模式形成相同的杂交元；（5）证明了确定杂交元本征应力模式的充分必要条件是其范数平方等于所形成杂交元的变形模态特征值；（6）证明了杂交元假设应力模式与变形模态的能量一一对应的充分必要条件是假设应力模式彼此正交且与所对应位移元的本征应力模式除了一一对应者之外都正交。