有初始几何缺陷的壳体弹塑性大变形分析

在等温小变形弹塑性内时本构方程偏量形式的基础上，导出了适用于大位移、小应变分析的弹塑性内时本构方程。并导出了带有初始几何缺陷的非线性弹塑性问题的有限元方程。文中给出的算例表明本方法是可行有效的。     

有初始几何缺陷陷的壳体弹塑性大变形分析

本文在等温小变形弹塑性内时本构方程偏量形式的基础上，导出了适用于大位移、大动、小应变分析的弹塑性内时本构方程，进一步推导出了带有初始几何缺陷的非线性弹塑性问题的有限元方程，可用于分析缺陷对结构非线性塑性反应的影响，也可用于带缺陷的非线性问题求解及稳定性分析。     

有初始缺陷的矩形板非线性屈曲分析

推导出几何非线性和物理非线性且存在初始缺陷的矩形薄板在纵向荷载作用下增量形式的基本微分方程，并用伽辽金配点法求解该方程。数值计算结果与已有文献的理论和实验结果相当一致。     

具有平直条状几何缺陷圆柱壳的弹塑性应力分析

1 引言在实际工程中,由于制造方面的原因,金属圆柱壳结构常常出现平直条状初始几何缺陷.为了探求几何缺陷对壳体应力分布的影响,本文基于初挠曲理论将初始几何缺陷以初挠度引入基本方程.考虑到壳体结构形状的不规则特点,建立了结点任意分布的广义样条子域位移模式,用内时理论构造壳体本构方程.该理论与经典塑性理论相比,具有方程形式简单、应用方便、收敛速度快等特点.2 基本方程与位移模式本文以圆柱壳的子午线和环线为曲线坐标,其中子午向坐标参数为z,环向坐标为转     

率形式大变形弹塑性本构律中的超弹性条件

本文证明了若取客观应力率为 Kirchhoff 应力的 Oldroyd 导数,对于 Lame 参数λ、μ为常数的情况,率形式弹性本构律的可积条件为 λ=0。这显然表明在大变形情况下率形式弹塑性本构律与超弹性条件这两者之间在一般情况下并不协调。文中还讨论了几种弹性本构律可以近似用于大变形描述的情况。     

壳体中面大变形的变形协调条件

不论是未变形的壳体中面,或者变形时的壳体中面都是嵌放在三维 Euclidean 空间的弹性体,所以壳体中面的连续条件表现为壳体中面上的矢量对中面坐标θ~λ和θ~μ的三维协变导数的求导次序可以交换,也就是说,未变形和变形构型的三维 Riemann—Christoffel 张量都应当等于零。从此观点出发,本文推导了壳体中面大变形的变形协调条件。如果采用 Kirchhoff—Love 假设,本文所得的结果与 Koiter[4]的结果完全一致。     

弹塑性大变形分析的一致性高阶无单元伽辽金法

采用无单元伽辽金法求解弹塑性大变形问题。充分利用无单元法易于建立高阶近似函数的优点,位移采用二阶移动最小二乘近似。在更新拉格朗日方法的框架下,通过对控制方程弱形式的线性化建立了内力率的表达式,并区分为材料和几何两部分。采用Hughes-Winget算法更新应力,建立了Newton-Raphson迭代求解所需的一致切线刚度阵。刚度阵的数值积分采用近来针对小变形分析建立的二阶一致三点积分格式QC3（Quadratically Consistent 3-point integration scheme）。数值结果证明了本文方法分析弹塑性大变形问题的有效性和优越性。     

弹性或弹塑性土体中桩基的大变形分析

采用弧坐标,首先建立了位于弹性地基或弹塑性地基上并具有初始位移的桩基大变形行为的非线性微分方程组,并采用Winkeler模型来模拟地基对桩基的抗力;其次,应用微分求积方法离散非线性微分方程组,得到一组离散化的非线性代数方程,并给出了利用Newn-Raphson方法求解非线性代数方程的步骤;作为应用给出了数值算例,得到了桩顶受组合载荷作用时,变形后桩基的构形、弯矩和剪力,考察了土的弹性和弹塑性性质、桩基初始位移、荷载等参数对桩基力学行为的影响.最后将模型进行简化,得到了小变形理论的解析解,并比较了由大变形理论与小变形理论所得结果的差别.     

基于中间构形的大变形弹塑性模型

在大变形弹塑性本构理论中,一个基本的问题是弹性变形和塑性变形的分解.通常采用两种分解方式,一是将变形率(或应变率)加法分解为弹性和塑性两部分,其中,弹性变形率与Kirchhoff应力的客观率通过弹性张量联系起来构成所谓的次弹性模型,而塑性变形率与Kirchhoff应力使用流动法则建立联系;另一种是基于中间构形将变形梯度进行乘法分解,它假定通过虚拟的卸载过程得到一个无应力的中间构形,建立所谓超弹性-塑性模型.研究了基于变形梯度乘法分解并且基于中间构形的大变形弹塑性模型所具有的若干性质,包括:在不同的构形上,塑性旋率的存在性、背应力的对称性、塑性变形率与屈服面的正交性以及它们之间的关系.首先,使用张量函数表示理论,建立了各向同性函数的若干特殊性质,并导出了张量的张量值函数在中间构形到当前构形之间进行前推后拉的简单关系式.然后,基于这些特殊性质和关系式,从热力学定律出发,建立模型在不同构形上的数学表达,包括客观率表示的率形式和连续切向刚度等,从而获得模型所具有的若干性质.最后,将模型与4种其他模型进行了比较分析.      

初始几何缺陷的功能梯度梁振动特性分析

对于初始几何缺陷的功能梯度梁的振动问题,基于功能梯度材料的细观结构模型,采用幂函数模拟材料组分沿梁厚度方向的变化规律;基于Euler–Bernoulli梁理论,从几何方程和Marguerre应变得到了轴向应变的表达式,利用Hamilton原理推导了初始几何缺陷的功能梯度梁的运动微分方程,并进行无量纲化;运用微分求积法对无量纲振型微分方程以及边界条件进行离散,得到了特征方程;最后,分析了初始几何缺陷的功能梯度梁的梯度指标、初始的几何曲率、边界约束对其无量纲固有频率和振型的影响。

     

关于圆筒壳稳定性中的初始缺陷

本文综述了圆筒壳稳定性中初始几何缺陷的几个重要问题。讨论了初始几何缺陷对圆筒壳临界载荷的基本效应,它的随机性、测量以及相应的数据库的建立。最后介绍了失稳破坏占主要地位的壳体结构的交互设计的基本思想和方法,并对进一步的研究工作提出了看法。      

不确定初始几何缺陷壳的动态屈曲分析

研究了动载作用下含有不确定初始几何缺陷壳的动态屈曲问题.给出了不确定初始几何缺陷在椭球描述和区间描述下,壳的动态响应和安全因子的界限估计.从数学证明和数值算例两方面,讨论了基于不确定性初始几何缺陷两种描述的凸模型方法和区间分析方法所得壳动态响应及安全因子的界限的关系,为判断壳的动态屈曲失效提供了依据.     

弹塑性摩擦接触问题形状设计灵敏度分析

提出了一种计算二维有限变形弹塑性摩擦接触问题形状设计灵敏度的算法. 采用主动集策略和mortar方法处理接触边线上的约束条件. 在mortar接触边线的切线和法线方向上采用相同的名义罚函数,提出基于名义罚函数的移动摩擦锥算法来正则化接触约束条件,发展了一种新的二维多体有限变形摩擦接触算法. 在此基础上, 通过将离散形式的摩擦接触问题控制方程对形状设计变量微分,得到了该路径相关问题的直接微分法解析设计灵敏度计算格式, 其节点位移灵敏度方程在每个增量步不用迭代、直接求解. 与国际上现有的二维多体有限变形摩擦接触问题的解析设计灵敏度算法相比,本算法不需分解为法向和切向推导,表达式较简洁,便于编程实现. 数值算例验证了算法的精度和有效性.      

基于偶应力理论剪切带问题的弹塑性有限元分析

对于软化材料的剪切带问题,传统弹塑性有限元分析遇到了困难,进入弹塑性阶段,计算结果对网格划分敏感,出现所谓的有限元网格依赖性问题,随着网格的细分,计算常常因不收敛导致失效. 用有限元软件ABAQUS计算了3个例题,证实了传统弹塑性有限元分析软化材料剪切带问题的局限性,同时证实对于无剪切带的厚壁筒问题不会出现上述问题. 进一步引入细观非局部化理论,对非局部理论含有的细观参数\ell进行了深入讨论,并采用可通过C0 -1分片检验的18参偶应力三角形单元,重新计算了3个例题,结果避免了上述问题,说明细观偶应力有限元尤其适用于分析剪切带问题.      

非线性大变形问题边界元分析的自校正方法

针对用增量法求解非线性方程解的漂移问题，在非线性问题边界元法计算中建立了自我校正方法，对在拖带坐标上建立的增量形式的基本方程，引入Ｌａｎｇｒａｎｇｅ校正因子，以全量形式的基本方程作为其辅助方程，在此基础上导出含校正项的边界积分方程，边界元自我校正方法的建立有效地保证了在非线性问题的计算中最终收敛在其解附近，提高了计算精度和运算效率。     

考虑初始几何缺陷时复合材料层合浅拱的动态“跳跃”

考虑几何非线性但不计横向剪切效应，给出了复合材料合浅拱的动力方程，利用伽辽金法求出了均布阶跃载荷作用下，两端铰支、正交铺层的对称层合浅拱在计及初始几何缺陷情况下的动力响应，并由Ｂ－Ｒ准则分析了动力稳定性计算结果表明：初始缺陷对于结构参数γ较大的拱的临界动力载荷有很大的影响。     

小样本数据下圆柱薄壳初始缺陷不确定性量化的极大熵方法

具有不确定性特征的初始缺陷被认为是导致薄壳结构实际临界载荷值与理论解不相符并呈现分散特征的主要原因.对实际薄壳结构初始缺陷的建模至少需要考虑两个方面的不确定性量化,一是对缺陷分布形式和幅值等固有随机性的量化,二是对小样本量和不准确测量所导致缺陷统计量的不确定性的量化.本文在利用随机场的Karhunen-Loeve展开法对薄壳初始几何缺陷建模的基础上,提出一种基于极大熵原理的缺陷建模方法.首先,采用极大熵分布来估计Karhunen-Loeve随机变量的概率密度函数,以适应不能使用高斯随机场进行缺陷随机场建模的情况.随后,通过将经典的等式约束极大熵模型扩展为区间约束极大熵模型,实现对实际工程中仅能获得少量薄壳结构几何缺陷样本数据所导致的认知不确定性的量化.最后,将所提方法用于对国际缺陷数据库的A-Shell进行缺陷建模和临界载荷预测.研究表明,所提基于区间约束极大熵原理的随机场建模方法在能够有效表征实测数据高阶矩信息的同时,还具备量化小样本数据导致的认知不确定性的能力,并且高斯随机场模型和基于等式约束极大熵原理的随机场模型是本文所提建模方法的两种特殊情况.     

SECTIONAL FINITE ELEMENT ANALYSIS OF COUPLED DEFORMATION BETWEEN ELASTOPLASTIC SHEET METAL AND VISCO-ELASTOPLASTIC BODY

The present paper is devoted to developing a new numerical simulation method for the analysis of viscous pressure forming (VPF), which is a sheet flexible-die forming (FDF) process. The pressure-carrying medium used in VPF is one kind of semisolid, flowable and viscous material and its deformation behavior can be described by the visco-elastoplastic constitutive model. A sectional finite element model for the coupled deformation analysis between the visco- elastoplastic pressure-carrying medium and the elastoplastic sheet metal is proposed. The resolution of the Updated Lagrangian (UL) formulation is based on a static explicit approach. The frictional contact between sheet metal and visco-elastoplastic pressure-carrying medium is treated by the penalty function method. Coupled deformation between sheet metal and visco-elastoplastic pressure-carrying medium with large slip is analyzed to validate the developed algorithm. Finally, the viscous pressure bulging (VPB) process of DC06 sheet metal is simulated. Good agreement between numerical simulation results and experimental measurements shows the validity of the developed algorithm.     

?????????????????????????

通过对拱顶储罐罐壁承受轴向载荷、初始几何缺陷及轴压失稳状况研究,指 出在固定顶罐设计、建造和运行各阶段都应进行罐壁轴压稳定性校核. 根据圆柱薄壳稳定性 理论和轴压失稳临界应力数值分析计算结果,提出固定顶罐罐壁轴压稳定性校核方法和数学 模型,并运用回归分析方法建立罐壁轴压失稳临界应力计算公式. 对几种常用规格的拱顶罐 有初始挠度缺陷罐壁轴压稳定性分析表明：随储罐容积和罐壁初始挠度增大,罐壁轴压稳定 性呈减弱趋势.