一种考虑拉弯耦合的复合材料层板的优化设计方法

提出了以层压板分层为基本单位，用满应变设计层板厚度，以应变能原理调整分层比例的二级优化策略，给出了复合材料板壳结构铺层设计的方法，并将其编入COMPASS3．0版本中。工程应用表明，该方法实用可靠，设计效率高，优化设计软件COMPASS为工程技术人员提供了有效的设计手段。     

并行多步法及其在两铰圆拱动力响应中的应用

本文在基于个人计算机ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ并处理子母板系统上提供了一种结构动力分析中适合于并行处理的对时间域积分的多步法－并行多步法。并用此方法对两铰弹性圆２拱在矩形荷载作用下的动力响应进行分析，算例表明，对于四处理器系统算法加速比可达３．０５，效率为７６．２５％，对圆拱的分析表明，当中心角之半θ０较小时，矩形荷载作用完后圆拱在偏离原静止状态的位置附近自由振动，这主要是由于几何非线性所致。     

一种考虑横向剪切变形的三角形板弯曲单元

本文从部分协调的三角形薄板弯曲单元出发,并假设横向剪切应变在单元内线性变化,提出了一种考虑横向剪切变形的具有15个自由度的三角平板弯曲单元。该单元应用于薄板和中等厚度板分析均有较高的精度,计算效率高,可用于工程中具有复杂形状的薄板和中等厚度板结构的分析。     

并行多步法及其在两铰圆拱动力响应中的应用

本文在基于个人计算机的transputer并行处理子母板系统上提出了一种结构动力分析中适合于并行处理的对时间域积分的多步法——并行多步法。并用此方法对两铰弹性圆拱在矩形荷载作用下的动力响应进行分析。算例表明,对于四处理器系统算法加速比可达3.05,效率为76.25％。对圆拱的分析表明,当中心角之半θ_0较小时,矩形荷载作用完后圆拱在偏离原静止状态的位置附近自由振动。这主要是由于几何非线性所致。     

弯曲波彩虹捕获效应及其在能量俘获中的应用

弹性波在色散关系经过设计的梯度结构中传播时会产生空间分频现象和波场能量增强现象,即不同频率的弹性波会在结构的不同位置停止向前传播并发生能量聚集,这就是弹性波彩虹捕获效应.其相关研究成果可以促进结构健康监测、振动控制以及能量俘获等领域的发展.本文通过所设计的梯度结构梁,系统地研究了弯曲波彩虹捕获效应及其在压电能量俘获中的应用.首先,利用传递矩阵法获得了梯度结构梁元胞能带结构的解析解,进而分析了弯曲波彩虹捕获效应的产生机理:不同频率的弯曲波会在不同元胞附近群速度减小到零,从而停止向前传播并发生反射;入射波和反射波的叠加,以及群速度减小带来的能量聚集,会显著增强反射处的波场能量.其次,通过有限元仿真和实验验证了弯曲波彩虹捕获效应的空间分频现象和波场能量增强现象.最后,通过有限元多物理场耦合仿真和实验,研究了粘贴PVDF压电薄膜的梯度结构梁相对于均匀梁的弯曲波能量俘获效果及其随入射波频率的变化规律.结果表明,在弯曲波彩虹捕获效应发生频带内,粘贴在梯度结构梁上的PVDF压电薄膜的输出电压约为粘贴在均匀梁相应位置处的PVDF压电薄膜的输出电压的2倍.     

一种考虑初始缺陷影响的非线性梁单元

在目前广泛应用的梁单元中,尚缺乏全面考虑以下四种因素影响的粱单元：(1)轴力的影响;(2)剪切交形的影响;(3)初始弯曲的影响;(4)弯曲变形对轴向应变的影响,即弓形效应。事实上,以上四种非线性因素都会对钢框架结构的稳定和极限承载力有影响,需同时考虑。本文将致力于推导同时考虑以上四种因素影响的平面梁单元的平衡微分方程,最后得到精确的粱单元刚度矩阵,并研究以上四种因素对钢框架构件及钢框架结构的影响。     

刚体单元及其在多体系统动力学中的应用

多体系统动力学分析软件要求人工输入形状复杂物体的质量、质心位置和转动惯量,而实际上这些参量并不容易获得。本文探索了一种以组成物体的刚体单元为基本要素的新方法,并结合实际需要具体构造了刚性四面体和刚性梁单元。以刚体单元为基础并内嵌网格剖分模块的分析软件能够自动获得这些参数,从而具备处理任何复杂系统的能力。仿真结果的对比分...     

一种考虑拉伸保持效应的多轴疲劳寿命模型

通过定义考虑拉伸保载效应的CFI因子(creep-fatigue interaction factor),将拉伸蠕变损伤和疲劳损伤进行非线性耦合. 根据断裂实验的观察,针对拉伸主 导的裂纹萌生、扩展及破坏的多轴疲劳问题,给出了一个基于临界面方法的能量型高温多轴 疲劳寿命预测模型. 所给出的模型可对不同温度、不同载荷特点、不同保载时间的多轴疲劳 寿命进行预测,模型的材料参数不依赖于温度和载荷. 并且此方法可以很方便地推广到其它 因素主导破坏的高温多轴疲劳寿命预测. 通过拟合高温合金Udimet720Li单轴带保持时间的 低循环疲劳(low cycle fatigue, LCF)寿命试验数据,得到了材料常数. 结合黏 塑性有限元分析方法,对高温双轴带保载循环载荷下Cruciform试件的寿命进行了 预测,预测结果基本落在2倍分散带内,达到工程的要求,证明了该模型的有效性.     

基于一种改进EMD算法的GPS多径效应抑制方法

为了抑制短基线双差分GPS测量中的多径误差,提出了一种改进的经验模态分解(EMD)滤波方法。首先分析了含噪信号EMD分解的噪声传播特性,提出应用噪声辅助数据分析方法对低阶模态分量进行处理,实现将信号的噪声压缩至低阶本征模态函数(IMF)中,进而提高含噪信号高阶模态分量的信噪比。然后基于上述改进的EMD算法实现了模态单元阈值降噪,随机采样第1阶IMF构造多个具有相同信噪比的序列,最后平均处理多个序列的降噪结果以消除EMD分解的位置敏感性误差,与小波降噪以及传统EMD阈值降噪的仿真对比表明,提出的降噪算法有显著优势。最后,将提出的算法用于GPS测量信号的多径误差提取,结果表明该方法可以用于抑制短基线GPS测量的多径误差。     

一种Trefftz孔洞单元及其在接触问题中的应用

作为一种高效的数值计算工具,Trefftz有限元法愈来愈引入瞩目.与传统有限元法相比,Trefftz有限元法在处理带有孔洞、裂纹、夹杂等局部效应的问题时,无需另外细分网格,只需调整单元域内(Trefftz)插值函数,就能达到比较理想的精度.基于弹性复变理论和保角变换,求出孔洞问题的完备系,以其作为Trefftz插值函数...     

Reciprocal theorem method for solving the problems of bending of thick rectangular plates

ＲＥＣＩＰＲＯＣＡＬＴＨＥＯＲＥＭＭＥＴＨＯＤＦＯＲＳＯＬＶＩＮＧＴＨＥＰＲＯＢＬＥＭＳＯＦＢＥＮＤＩＮＧＯＦＴＨＩＣＫＲＥＣＴＡＮＧＵＬＡＲＰＬＡＴＥＳＦｕＢａｏ－ｌｉａｎ（付宝连）Ｔａｎｗｅｎ－ｆｅｎｇ（谭文锋）（ＹａｎｓｈａｎＵｎｉｒｅｒｓｉｔ...     

THE METHOD OF THE RECIPROCAL THEOREM OF FORCED VIBRATION FOR THE ELASTIC THIN RECTANGULAR PLATES (III)—CANTILEVER RECTANGULAR PLATES

In this paper, applying the method of the reciprocal theorem, we give the stationary solutions of the forced vibration of cantilever rectangular plates under uniformly distributed harmonic load and concentrated harmonic load acting at any point of the plates, the figures and tables of number value of bending moment and the deflection amplitudes as well.     

Uniformly valid asymptotic solutions of the nonlinear unsymmetrical bending for orthotropic rectangular thin plate of four clamped edges with variable thickness

By using “the method of modified two-variable”,“the method of mixing perturbation ”and introducing four small parameters, the problem of the nonlinear unsymmetrical bending for orthotropic rectangular thin plate with linear variable thickness is studied. And the uniformly valid asymptotic solution of Nth- order for ε1 and Mth- order for ε2 of the deflection functions and stress function are obtained.     

2D numerical manifold method based on quartic uniform B-spline interpolation and its application in thin plate bending

A new numerical manifold （NMM） method is derived on the basis of quartic uniform B-spline interpolation. The analysis shows that the new interpolation function possesses higher-order continuity and polynomial consistency compared with the conven- tional NMM. The stiffness matrix of the new element is well-conditioned. The proposed method is applied for the numerical example of thin plate bending. Based on the prin- ciple of minimum potential energy, the manifold matrices and equilibrium equation are deduced. Numerical results reveal that the NMM has high interpolation accuracy and rapid convergence for the global cover function and its higher-order partial derivatives.     

四角点支承四边自由矩形薄板屈曲问题的新解析解

角点支承矩形薄板的屈曲问题是板壳力学的一类重要课题，控制方程和边界条件的复杂性导致寻求该类问题的解析解十分困难。虽然各类近似/数值方法可用于解决此类难题，但作为基准的精确解析解在公开文献中鲜有报道。本文基于近年来提出的辛叠加方法，解析求解了四角点支承四边自由矩形薄板的屈曲问题。首先将问题拆分为两个子问题，接着利用分离变量与辛本征展开推导出子问题的解析解，最后通过叠加获得原问题的解。由于求解过程从基本控制方程出发，逐步严格推导，无需假定解的形式，因此本文解法是一种理性的解析方法。数值算例给出了不同长宽比和不同面内载荷比情况下，四角点支承四边自由矩形薄板的屈曲载荷和典型屈曲模态，并经有限元方法验证，确认了解析解的正确性。     

基于第二类四边形面积坐标的弹性力学纯弯解及MacNeal局限定理的破解

为了提高有限元的性能,弹性力学的解析解(齐次方程的通解)常常可用作有限元的试探函数。然而单元自由度数与完备的直角坐标解析解个数并不匹配,不完备的试函数会导致单元有方向依赖性。利用新型局部自然坐标——第二类四边形面积坐标QACM-II(S,T),给出了平面问题对应任意方向纯弯曲状态的应力函数解析解,即S3和T3的线性组合,并推导出了这两组应力函数对应的应力、应变和位移解析解。之后,利用QACM-II表示的解析解构造了非对称的平面4节点8自由度单元USQ4,该单元可以同时通过常应力/应变分片检验和纯弯测试,从而破解了MacNeal局限定理对平面低阶单元的限制。     

基于加权残量法的多变量等参元简明列式及其应用

根据作者提出的建立多变量有限元模型的系统化方法,应用加权残量法的基本原理,给出了建立多变量等参元模型的简明列式。然后应用该列式,构造了简明有效的平面四结点多变量等参元MQ4和MQ5前者不含内部自由度,后者含有内部自由度。文中结合若干典型算例对所构造的单元性能进行了考核,并与若干典型协调与非协调等参元的数值结果进行了比较。数值结果表明,无论是在规则网格还是在不规则网格情况下,本文构造的多变量等参元,不仅能通过分片检验的要求,而且表现出了良好的性能。     

角点悬空弯曲厚矩形板的边界积分法

在边界积分法中引用了拟基本系统矩形板,在该拟基本系统与实际系统之间应用功的互等定理,得到一挠曲面方程的积分表达式,只要对此表达式进行极简单的积分便可得到该挠曲面方程,这比直接求解Reissner挠度控制方程要简单,边界积分法的求解过程概念清晰,计算伊始便给出了挠曲面方程的总体表达式.以Reissner厚板理论为基础,应用边界积分法研究了角点悬空厚矩形板的弯曲问题,给出了在集中荷载作用下两邻边固定另两邻边自由且角点悬空弯曲厚矩形板的封闭解析解,并给出了相应的数据和图表以供工程上的应用和参考.     

一种新型三角形裂尖单元及其在结构裂纹分析中的应用

构造了一种适合边界元分析裂纹问题的三角形单元,该单元中的形函数包含两部分,主要部分用于捕捉裂纹尖端上位移分布的陡峭特性(性质),另一部分为常规的拟合函数,体现裂纹尖端位置附近的物理量在其他方向上的连续分布。形函数主要部分的构造充分利用了已有理论研究获得的结论,在裂纹表面,随着距离远离尖端,位移分布与■函数保持同阶变化。在传统形函数的基础上,通过先乘以一项同阶于■的变量项,再在系数中将其在形函数所在点上的值除去,便得到新型的用于拟合裂纹尖端附近位移和面力分布的形函数。新的形函数能够满足形函数的delta性质,但归一性不再满足,因此,新的形函数只用于物理量的拟合,而几何量的拟合依然采用传统方案。通过对偶边界元方法计算裂纹尖端的张开位移后,利用一种位移外插方法计算获得应力强度因子。数值算例关注了一种无限域内的圆盘裂纹,应用新构造的三角形单元于对偶边界元中计算结构在受到斜拉力时裂纹尖端的三种应力强度因子。通过与参考解进行对比,验证了该插值方案用于对偶边界元分析裂纹问题时的正确性和高精度。     

考虑温粘热效应的多瓦轴承模型及其应用

构筑了轴向解析、周向有限元压力分布的一维变粘度场有限宽轴承模型。在绝热边界条件下,忽略泊肃叶流项对速度的影响,不考虑温度轴向变化并沿油膜厚度方向积分,三维能量方程可降阶为平均温度场只沿周向分布的一维形式,结合滑动轴承非线性油膜力的一维直接解法,能量方程与雷诺方程可分别求解,既考虑了温粘效应对滑动轴承非线性动力学性能的影响,又提供了无需迭代直接确定油膜破裂边界和求解非线性油膜力的快速新方法。作为应用,针对进油槽位于水平两侧的椭圆瓦轴承进行了动力润滑热效应分析,与工程数据比较,计算结果吻合,证明该模型合理,适用于工程上多瓦轴承的分析计算。