变截面门式刚架结构分析的微分求积单元法

本文采用一种精确、简便的数值计算方法——微分求积单元法(DQEM)对变截面门式刚架结构进行了力学分析。首先建立了一般荷载作用下变截面构件的平衡微分方程，并采用微分求积法进行离散，进而得出了较为精确的分析变截面构件的单元力学模型。该模型的刚度方程不仅反映了单元的刚度性质，而且反映了单元的实际荷载作用，可较为精确地分析变截面门式刚架结构在分布载荷作用下的受力性能。通过与有限元法计算结果的比较，表明了微分求积单元法在变截面刚架的力学分析中的正确性和优越性。微分求积单元法可用于任意形状的刚架结构的静力分析。     

微分求积单元法在结构工程中的应用

微分求积法（Differential Quadrature Method）是求鳃偏微分方程和积分-微分方程的一种数值方法,该法具有计算简便、精度较高和易于实现等优点。微分求积单元法（Differential Quadrature Element Method）是在微分求积法的基础上结合区域分割和集成规则而形成的一种新的数值计算方法,能通过自适应地选取微分求积网点数目正确模拟构件的刚度和荷载性质,其精度可通过细分单元或增加离散点数目加以提高。微分求积单元法是一种可供选择的、性能优越的数值计算方法。本文将详细论述这一数值方法的基本原理,并通过数值算例说明该方法的应用过程及其优越性,为这一方法在结构工程中的推广应用提供参考。     

旋转FGM圆环形截面柔性梁的振动特性

工程实际中直升机的旋翼和风力机的叶片等可简化为旋转柔性悬臂梁的动力学问题。针对旋转FGM圆环形截面柔性悬臂梁的横向振动问题,基于Euler-Bernoulli梁理论和Hamilton原理,建立了自由振动时的运动微分方程。对运动微分方程和边界条件进行量纲归一化处理,采用微分求积法对其进行离散化,得到了系统的广义特征方程。分析了旋转FGM圆环形截面柔性梁的前三阶量纲为一的固有频率随梯度指标和不同梯度指标、径长比下量纲为一的固有频率随轮毂量纲为一的角速度的变化关系。数值计算结果表明,在给定某些参数情况下,旋转FGM环形截面悬臂梁的前三阶量纲为一的固有频率随轮毂量纲为一的角速度的增大而增大,第二阶、第三阶量纲为一的固有频率随梯度指标的增大而增大的趋势较为明显。     

Winkler-Pasternak弹性地基梁自由振动的二维弹性分析

基于二维线弹性理论,应用Hamilton原理,获得Winkler-Pasternak弹性地基梁自由振动的控制微分方程,应用微分求积法(DQM)数值研究了梁自由振动的无量纲频率特性。计算结果与已有的结果(Bernoulli-Euler梁和Timoshenko梁)比较表明,本文的分析方法对弹性地基长梁和短梁自由振动的研究都有效。最后考虑了几何参数对梁频率的影响,以及不同边界条件下地基系数对频率的影响和收敛性。     

微分求积法在结构力学中的应用

本文综述了微分求积法（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）在结构力学中的应用和发展现况,并指出了一些亟待解决的问题      

基于小波微分求积法的薄板弯曲分析

利用小波微分求积法(WDQM)对任意荷载作用下的薄板弯曲问题进行了求解分析。数值算例表明,小波微分求积法与一般的DQ法相比具有很好的适用性,特别是薄板受集中荷载或不连续分布荷载作用时,由于小波基函数的紧支撑特性与其对突变信号良好的描述能力,WDQ法的精度明显优于一般的DQ法,具有良好的应用前景。     

压电-弹性层合梁自由振动分析的新方法

将状态空间法和微分求积法相结合,分析了压电-弹性层合梁的自由振动. 通过微分求积把状态方程在每一个节点处离散,进而求得解答. 选用不同的节点数目, 分析了方法的收敛性. 计算结果与相关文献的结果能较好地符合. 该方法 对于分析压电-弹性层合梁的工程振动问题非常方便.     

弹性地基上变厚度矩形板自由振动的GDQ法求解

基于广义微分求积法(GDQ法),对弹性地基上变厚度矩形板横向自由振动的控制微分方程及其不同边界条件进行离散,研究了其自由振动的频率特性。数值计算得到了不同长宽比?、不同厚度变化参数?、不同地基参数K条件下以及简支或固定边界条件下弹性地基上变厚度矩形板的量纲为一的振动频率,并与已有文献进行了比较。结果表明:运用广义微分求积法对弹性地基上变厚度矩形板的频率求解结果在退化到K=0时与幂级数解的结果非常吻合;在条件相同的情况下,采用广义微分求积法仅需较少的节点(N=M=13)就能达到满意的求解精度。本文的研究为求解此类问题的低阶、高阶振动频率提供了一种简便有效的数值方法。     

求解任意形状厚板自由振动的微分容积法

用一种新型的数值方法－微分容积法求解具有任意形状的厚板自由振动问题。该方法的基本思想是将任意一个线性微分算子对函数的作用值如一个连续函数或其任意阶偏导数、或其线性组合在某点处的值表示为域内各点函数值的线性加权组合，如此可将问题的控制方程和边界条件离散成为一组线性齐次代数方程。这是一典型的特征值问题，其特征值可用子空间迭代法求解。文中给出了详细的计算公式，用一些数值算例说明了该方法求解中厚板自由振动问题的可行性、有效性和通用性，并通过与有关文献比较验证了该方法的数值精度。     

基于微分求积单元法的层合梁热弹性分析

基于微分求积单元法,开展了非均匀温度场中层合梁的热弹性分析．首先基于Fourier导热定律,分析一般热边界条件下层合梁的二维稳态温度场;然后基于二维热弹性力学理论,分析层合梁的热应力和变形．为求解热传导和热应力问题,将层合梁沿各层界面划分为若干空间子域,采用微分求积法对每一子域的控制方程和边界条件进行离散并求解．数值算例验证了本方法的收敛性,与已有文献结果的对比验证了本方法的正确性．最后,算例分析了非均匀热边界条件对夹层梁温度分布的影响,以及端部支承条件和长厚比对梁内位移和应力分布的影响．     

Mixed finite element and differential quadrature method for free and forced vibration and buckling analysis of rectangular plates

This paper presents a combined application of the finite element method (FEM) and the differential quadrature method (DQM) to vibration and buckling problems of rectangular plates. The proposed scheme combines the geometry flexibility of the FEM and the high accuracy and efficiency of the DQM. The accuracy of the present method is demonstrated by comparing the obtained results with those available in the literature. It is shown that highly accurate results can be obtained by using a small number of finite elements and DQM sample points. The proposed method is suitable for the problems considered due to its simplicity and potential for further development.     

Application of the quadrature method to flexural vibration analysis of a geometrically nonlinear beam

The quadrature method (OM) has been used in structural analysis only in recent years. In this study, OM is applied to flexural vibration analysis of a geometrically nonlinear beam. The numerical results by OM agree with the results by the finite element method. It is believed that this is the first attempt to solve a nonlinear dynamic problem by the quadrature method.     

基于微分求积有限元法的双层微板系统振动特性研究

基于修正的偶应力理论和两变量精化的剪切变形理论,建立了由Winkler-Pasternak连续弹性夹层连接的双层微板系统的自由振动模型,着重推导了系统异步振动的运动微分方程和势能泛函。融合Gauss-Lobatto求积准则和微分求积准则构造了具有C¹连续性的微分求积有限元。通过与已有文献进行对比,验证了数值方法的有效性。详细讨论了各种因素对系统同步和异步振动特性的影响。结果表明,系统的自由振动特性对材料尺度参数、长宽比、长厚比以及边界条件呈现出依赖性;弹性夹层刚度仅对系统异步振动产生作用;随着模态阶次的增大,材料尺度参数和弹性夹层刚度对异步振动频率和模态的影响变得显著。     

Thermal buckling and free vibration of FG truncated conical shells with stringer and ring stiffeners using differential quadrature method

In this paper, thermal buckling and free vibration of orthogonally stiffened functionally graded truncated conical shells in thermal environment is investigated. Conical shell has been stiffened by rings and stringers, and the influences of the stiffeners are evaluated by the aid of smearing method. The material properties of the structure are assumed to be changed continuously in the thickness direction. First, the initial thermal stresses are obtained accurately by solving the thermoelastic equilibrium equations. Then, by taking into account the initial thermal stresses, equations of motion as well as boundary conditions are obtained, applying the Hamilton’s principle and the first-order shear deformation theory. The natural frequencies of the system have been achieved, solving these governing equations with considering Differential Quadrature Method (DQM). In addition to Eigen frequency analysis, the critical buckling-temperature of the conical shell has been computed. Moreover, the effects of geometrical parameters, number of stiffeners, thermal environment and various boundary conditions on natural frequency of the system have been investigated. Finally, in order to validate the present work, the results are compared with those of other researches available in literature.     

求解不连续中厚板自由振动的微分容积单元法

基于区域叠加原理和微分容积法,发展了一种新型的数值方法——微分容积单元法,用以分析具有不连续几何特征的中厚板的自由振动。根据板的不连续情况将其划分为若干单元,在每个单元内用微分容积法将控制微分方程离散成为一组线性代数方程．在相邻的单元连接处应用位移连续条件和平衡条件,引入边界约束条件后得到一套关于各配点位移的齐次线性代数方程,由此可导出求解系统固有频率的特征方程。本文用子空间迭代法求解特征方程,并以开孔板、混合边界条件板和突变厚度板为例研究了方法的收敛性和计算精度。     

高速小展弦比机翼颤振的微分求积法分析

引入微分求积法,分析高速小展弦比机翼的气动弹性问题。将小展弦比机翼等效为悬臂板,基于一阶活塞气动力理论建立机翼颤振偏微分方程,采用微分求积法将偏微分方程转化为常微分方程,根据频率重合理论对颤振问题进行求解。分析了机翼的固有频率及颤振速度,并与有限元软件计算结果进行比较,误差在2％以内,很好的验证了微分求积法求解小展弦比机翼颤振问题的有效性。分析了机翼面积、展弦比及厚度对颤振速度的影响,结果表明,小展弦比机翼的颤振速度受结构尺寸的影响较大,颤振速度随面积和展弦比的增大而减小,随机翼厚度的增大而增大。     

A mixture differential quadrature method for solving two-dimensional incompressible Navier-Stokes equations

Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｑｕａｄｒａｔｕｒｅｍｅｔｈｏｄ（ＤＱＭ）ｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙＲ．Ｂｅｌｌｍａｎ［１,２］ｈａｓｂｅｅｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｅｍｐｌｏｙｅｄｉｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓｏｆｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｓｃｉｅｎｃｅ．ＢｅｃａｕｓｅｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｎａｌｌｇｒｉｄｐｏｉｎｔｓｉｓｕｓｅｄｔｏｆｉｔｔｈｅｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓａｔｇｒｉｄｐｏｉｎｔｓｉｎｔｈｅＤＱＭ,ｉｔｉｓｅｎｏｕｇｈｔｏｏｂｔａ…     

基于微分求积法求解非粘滞阻尼系统的时程响应

研究一种含有指数型非粘滞阻尼线性多自由度振动系统的时程分析问题。该非粘滞阻尼模型假设阻尼力与质点速度的时间历程相关,数学表述为质点速度与核函数的卷积。由于阻尼模型的改变,常用的数值积分方法（如Newmark-β法、Wilson-θ法）不能直接应用于这种非粘滞阻尼系统。基于一种无条件稳定的微分求积方法,给出了这种非粘滞阻...     

Three-dimensional free vibration analysis of multi-directional functionally graded piezoelectric annular plates on elastic foundations via state space based differential quadrature method

The three-dimensional free vibration analysis of a multi-directional functionally graded piezoelectric(FGP) annular plate resting on two parameter(Pasternak)elastic foundations is investigated under different boundary conditions. The material properties are assumed to vary continuously along the radial and thickness directions and have exponent-law distribution. A semi-analytical approach named the state space based differential quadrature method(SSDQM) is used to provide an analytical solution along the thickness using the state space method(SSM) and an approximate solution along the radial direction using the one-dimensional differential quadrature method(DQM).The influence of the Winkler and shear stiffness of the foundation, the material property graded variations, and the circumferential wave number on the non-dimensional natural frequency of multi-directional FGP annular plates is studied.