最小势能原理和最小余能原理的图示证明法

这两个"能量原理"的数学证明较为冗长,但若应用力-位移图,可简便地直接证明原理的成立。一、"最小势能原理"的证明设弹性体在力P作用下的真实位移分量为u_j,应变分量为e_(ij),应变能为U(e_(ij))。若力作用点沿力方 ...     

任意有限个平行移动荷载作用下简支梁绝对最大挠度的解析算法研究

利用能量原理中的最小势能原理以及多元函数的极值原理，得到了简支梁在任意有限个平行移动荷载作用下的挠度方程与绝对最大挠度的解析算式。建立的可能位移函数既满足了位移几何边界条件，又满足了静力边界条件，故足可以保证简支梁的挠度计算精度。     

增量原理有限元分析非线性橡胶类材料

1.引言橡胶类材料构件的几何和材料性能都是非线性的,而且材料的非线性关系一般用三个变形张量不变量表述。本文基于势能驻值原理。采用以变形前的构形为参考状态的Lagrange法。以该状态的Green应变张量的物理分量和Kirchhoff应力张量的物理分量建立起适用于大位移和大应变的增量形式的有限元计算列式。列式中考虑了不平衡力的修正项和不可压缩性偏差的修正项。由于在工业上使用的受力的橡胶类构件多半为轴对称     

基于能量优化的桁架几何非线性问题力密度法

力密度法最初是求解膜结构找形问题的方法,经发展可用于计算桁架结构的几何非线性问题。本文应用力密度法建立结构变形后的非线性平衡方程及相应的雅可比矩阵,用于迭代求解;从能量原理出发,推导出杆单元应变能、外荷载势能、结构总势能在每次迭代位移方向上关于步长λ的显式列式。相对于固定步长的牛顿法,本文将最优迭代步长λ引入求解,使结构在每次迭代位移方向上均达到总势能最小。经桁架算例验证,表明该方法可加快计算收敛进程。     

黏弹性半空间体内部作用水平力时的理论分析

研究假定半无限体为线性黏弹性介质,土体在内部水平集中力作用下的应力球张量和应变球张量之间符合弹性关系,而应力偏张量和应变偏张量之间符合三参数固体黏弹性应力应变关系.利用半空间体内部受水平向集中力的Mindlin弹性理论解,根据弹性--弹黏性相应原理,系统推导了水平集中力作用在半无限体内部时的应力与位移分量的黏弹性解.通过对应力与位移分量在拉氏域内的解答进行Laplace逆变换,给出了应力与位移分量的时域解.作为黏弹性解答的应用,基于上述解答给出了水平向均布荷栽下作用在半空间体内部时的黏弹性位移计算公式,并编制了便于工程应用的计算程序.结果验证与深埋锚板的算例分析表明,本文的理论解答对实际工程具有一定的理论及应用价值.     

板弯曲与平面弹性问题的多类变量变分原理

进一步完善板弯曲与平面弹性问题的多类变量变分原理,给出了相关边界积分项的具体表达式．多类交量变分原理涵盖了平衡、应力函数、应力、位移一应变、协调和物性共五大类基本方程和所有边界条件,是一个具有更加广泛意义的变分原理．     

固体力学的最小二乘解法

<正> 弹性力学中有以下3种支配方程:(1)以应力分量表示的平衡微分方程;(2)以形变分量表示的相容方程;(3)表达应力-形变关系的物理方程.在数值解法中,位移法设定连续的位移函数,使它满足位移边界条件,位移的连续性确保了相容方程的满足.由物理方程求出应力分量后,按势能极小原理     

固体力学的最小二乘解法

弹性力学中有以下3种支配方程:(1)以应力分量表示的平衡微分方程;(2)以形变分量表示的相容方程;(3)表达应力-形变关系的物理方程.在数值解法中,位移法设定连续的位移函数,使它满足位移边界条件,位移的连续性确保了相容方程的满足.由物理方程求出应力分量后,按势能极小原理     

IMPOSING DISPLACEMENT BOUNDARY CONDITIONS WITH NITSCHE＇S METHOD IN ISOGEOMETRIC ANALYSIS

等几何分析使用 NURBS 基函数统一表示几何和分析模型, 消除了传统有限元的网格离散误差, 容易构造高阶连续的协调单元. 对于结构分析, 选择合适的几何参数可以得到光滑的应力解, 避免了后置处理的应力磨平. 但是由于 NURBS 基函数不具备插值性, 难以直接施加位移边界条件. 针对这一问题, 提出一种基于 Nitsche 变分原理的边界位移条件“弱”处理方法, 它具有一致稳定的弱形式, 不增加自由度, 方程组对称正定和不会产生病态矩阵等优点. 同时给出方法的稳定性条件, 并通过求解广义特征值问题计算稳定性系数. 最后, 数值算例表明 Nitsche 方法在h细化策略下能获得最优收敛率, 其结果要明显优于在控制顶点处直接施加位移约束.}     

等几何分析中采用Nitsche法施加位移边界条件

等几何分析使用NURBS基函数统一表示几何和分析模型,消除了传统有限元的网格离散误差,容易构造高阶连续的协调单元.对于结构分析,选择合适的几何参数可以得到光滑的应力解,避免了后置处理的应力磨平.但是由于NURBS基函数不具备插值性,难以直接施加位移边界条件.针对这一问题,提出一种基于Nitsche变分原理的边界位移条件"弱"处理方法,它具有一致稳定的弱形式,不增加自由度,方程组对称正定和不会产生病态矩阵等优点.同时给出方法的稳定性条件,并通过求解广义特征值问题计算稳定性系数.最后,数值算例表明Nitsche方法在h细化策略下能获得最优收敛率,其结果要明显优于在控制顶点处直接施加位移约束.     

饱和土埋置力源的三维动力Lamb问题解答

基于一组弹性土波动方程，应用Fourier级数展开和Hankel积分变换，得到了三维问题饱和土骨架与孔隙水的应力及位移分量在变换域内的积分形式通解．考虑地基表面透水情形，由边界条件导出了半空间饱和土体在埋置力源作用下的三维动力Lamb问题的解答．给出了埋置水平力作用下地基表面竖向位移、径向位移及周向位移的数值解．该研究为运用边界元法求解饱和地基的动力响应课题奠定了理论基础．     

虚功的等价性及其在固体力学中的应用

本文根据变分学原理提出一组与固体力学中基本微分方程、边界条件(等式或不等式)等价的虚功表达式(等式或不等式),并由此建立放松连续性条件的方程,导出了放松应力边界连续性条件的Saint—Venant原理的表达式、放松位移边界连续性条件下悬臂梁位移的新解答、放松所有约束条件的广义变分原理以及求解摩擦接触问题的变分不等式。     

各向异性板应力强度因子的分区广义变分解法

本文以单边边缘裂纹二维应力场与位移场的级数展开式为基础,以分区广义变分原理求解含双边非对称边缘裂纹板的应力强度因子。首先建立精确满足各向异性板基本微分方程和裂纹表面边界条件的应力场和位移场的本征展开式,然后用分区广义变分原理满足其余边界条件与交界连续条件并由此确定应力强度因子。在变分方程中只有沿板边界的线积分。计算程序简单,输入数据很少,结果收敛迅速并与已有结果完全吻合,同时计算节省机时与人力。本文还给出了有关的全新计算曲线。     

基面力概念在几何非线性余能有限元中的应用

以基面力为基本未知量描述一个弹性系统的应力状态并表征单元的余能,将大变形的余能分解为变形余能部分和转动余能部分,采用Lagrange乘子法放松单元的平衡方程,利用已有的弹性大变形余能原理建立了一种几何非线性显式有限元模型,编制了相应的几何非线性余能原理有限元程序. 数值算例表明:该方法具有较好的收敛性和计算精度,可进行大载荷步的大位移、大转动计算.      

基于整体位移模式的平面孔洞结构数值模拟方法

针对平面孔洞问题提出了一种新的数值模拟方法。本文通过水平集方法引入孔洞边界、力边界和位移边界水平集函数,利用边界水平集函数来构造边界试探项,将试探空间表示为二元幂级数与边界试探项的线性组合;同时提出一种基于水平集方法的位移边界条件施加方法,利用位移边界水平集函数来构造满足位移边界条件的近似位移场,并给出了相应的刚度矩阵和载荷矩阵表达式。与FEM、XFEM、无网格法等方法相比,该方法无需将求解域离散,具有较低的计算成本、特性良好的刚度矩阵和较为广泛的适用性。数值算例验证了该方法的有效性。     

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。     

中心有刚体质量的环形薄板的非线性强迫振动

本文研究中心带有刚体质量外部固定铰支或活动铰支的环形薄板的非线性强迫振动。考虑板的弯曲变形、面内位移和几何非线性，用哈米尔顿原理建立板的运动方程，用Ｋａｎｔｏｒｏｖｉｃｈ平均法消去时间变量，然后用数值积分求得非线性振动的振幅随激振力的大小及激振力的频率而变化的关系。求解过程中用打靶法逐步改进未知参量，以保证边界条件的满足。最后讨论薄膜力、激振力的分布、板的内外半径比等因素对响应的影响     

振荡应力奇异性及其强度系数的数值分析方法

本文以具有振荡应力奇异性的平面问题为例,提出了一种利用普通的数值分析结果（由有限地或边界元程序计算得到的应力分量或位移分量）,来确定奇异性次数以及相应的复应力强度系数的数值分析方法。为了验证该方法的有效性,应用平面应变情况下的边界元计算结果,对界面端模型进行了分析。计算结果表明,本方法可以精确地求得振动应力奇异性次数,并且与奇异性对应的复应力强度系数也可以很方便地应用外插法得到。     

考虑横向剪切变形扁球壳方程的完备解

本文导出了厚扁球壳方程的完备级数解。位移分量和内力分量都以显式的形式表示成应力函数和法向位移的函数。文中说明了应力函数多值性对位移单值条件所起的作用,以及应力函数多值性和作用于边界上的力的合力及合力矩的关系。     

非稳态Couette流动阶段的边界位移与黏性能量耗散

本文研究了牛顿流体非稳态Couette流动阶段的边界位移与流体黏性摩擦能耗.在上边界始终保持静止,下边界以恒定速度或恒定内壁剪切应力突然运动的情况下,建立了Couette非稳态流动的数学模型.求解定解问题,获得流体速度分布函数;通过渐近分析,获得不同边界条件下流动充分发展的临界时间,进而获得非稳态过程中的边界位移量.利用边界剪切应力和位移量的结果,计算非稳态过程中移动平板做功;再结合流体动能增加量,计算得出不同边界条件下非稳态流动阶段流体黏性摩擦能耗.