集中载荷作用下梯度复合材料梁的小波-微分求积法分析

将梯度复合材料梁作为平面应力问题处理,采用小波和微分求积混合法,对集中荷载作用下结构的响应进行了分析.考虑材料特性参数沿高度方向呈梯度分布,在该方向上采用广义微分求积法进行离散;鉴于广义微分求积法求解集中荷载问题精度不高的缺点,在梁的长度方向上引入对突变信号敏感的小波插值函数.数值计算表明,小波-微分求积混合法不仅保留了广义微分求积法高效的优点,而且能够很好地模拟结构局部化特征.     

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。     

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。     

基于微分求积法的逐步积分法与常用时间积分法的比较

微分求积法具有数学概念简单、精度高和计算时间少等优点,是一种不断受到重视的数值方法.目前微分求积法在方法本身的研究已经相当充分和成熟,而应用方面的研究则大多集中在边值问题的求解,本文的研究集中在采用微分求积法求解动力学初值问题方面.先介绍了一种新近提出的逐步积分方法,该方法基于一种特殊的节点分布的微分求积法.然后通过理论分析与几种常用的时间积分方法进行了稳定性、精确性和计算量的比较.最后计算了一个双质点系在强迫力下的瞬态响应.比较结果表明新近提出的逐步积分方法具有无条件稳定、高精度和计算量少的优点.     

丝束轴向变角度复合材料梁的弹性分析

丝束变角度复合材料具有变刚度的特点,因此其结构分析具有相当难度．本文采用状态空间法和微分求积法联合的半解析数值方法对丝束轴向变角度复合材料梁的弯曲问题进行研究．假设纤维方向角沿梁的轴向按照任意连续函数变化,选取位移和位移的一阶导数作为状态变量,建立了丝束轴向变角度复合材料梁弹性分析的状态空间方程,将状态变量对轴向坐标的导数采用微分求积法进行求解,进而可得问题的半解析数值解．通过与现有文献及ABAQUS计算结果的比较,验证了本文方法的正确性,并对微分求积法求解本问题的收敛性进行了分析．通过数值算例研究了纤维方向角沿梁轴向的变化对丝束轴向变角度复合材料梁的位移及应力分布的影响,研究结果可为该种结构的设计提供一定的参考．     

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。     

基于微分求积法的钢筋混凝土梁静力分析

采用广义微分求积法(GDQM)对钢筋混凝土(RC)梁进行了准静力分析,得到了其抗静载的强度特性．首先,基于虚功原理导出了考虑钢筋和混凝土材料的非线性的RC梁准静力分析控制微分方程,并根据广义微分求积法对其离散,从而得到有限自由度的非线性代数方程组,进而采用Newton-Raphson迭代求解格式,建立了荷载增量法数值分析模型．其次,通过本文GDQM与有限元法分析结果比较,表明了新建算法的正确性;与有限元法的收敛性对比表明本文算法较有限元法有优越性．     

拟谱-微分求积混合方法求解一类双曲电报方程

拟谱方法和微分求积法是两类重要的无网格法,二者都已在科学和工程计算中获得了广泛应用。采用拉格朗日插值多项式作为二者的试函数,且采用同一种网格点分布,指出了在空间域上,微分求积法是拟谱方法的一种特殊形式。在此基础上,结合二者各自的特点,提出了拟谱-微分求积混合方法用于求解一类双曲电报方程。理论分析和数值测试表明,新方法在空间域上具有谱精度收敛性,在时间域上是A-稳定的,比较适合于求解多维电报方程。     

角度非均匀材料平面V形切口应力奇性分析

提出了一种确定角度非均匀材料平面V形切口尖端应力奇性指数的有效方法。首先,在弹性力学基本方程中引入V形切口尖端位移场的级数渐近展开,建立以位移为特征函数的变系数和非线性微分方程组。然后,采用微分求积法(DQM)求解微分方程组,可得到多阶应力奇性指数及其相对应的特征函数,该法具有公式简单、编程方便、计算量少和精度高等优点,可处理任意开口角度和任意材料组合的V形切口。典型算例验证了微分求积法的有效性和精确性。     

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。     

Torsional vibration of functionally graded nano-rod under magnetic field supported by a generalized torsional foundation based on nonlocal elasticity theory

Abstract

This article contains the nonlocal elasticity theory to capture size effects in functionally graded (FG) nano-rod under magnetic field supported by a torsional foundation. Torque effect of an axial magnetic field on an FG nano-rod has been defined using Maxwell’s relation. The material properties were assumed to vary according to the power law in radial direction. The Navier equation and boundary conditions of the size-dependent FG nano-rod were derived by the Hamilton’s principle. These equations were solved by employing the generalized differential quadrature method (GDQM). Presented model has the ability to turn into the classical model if the material length scale parameter is taken to be zero. The effects of some parameters, such as inhomogeneity constant, magnetic field and small-scale parameter, were studied. As an important result of this study can be stated that an FG nano-rod model based on the nonlocal elasticity theory behaves softer and has smaller natural frequency.     

Free vibration and critical speed of moderately thick rotating laminated composite conical shell using generalized differential quadrature method

The generalized differential quadrature method (GDQM) is employed to consider the free vibration and critical speed of moderately thick rotating laminated composite conical shells with different boundary conditions developed from the first-order shear deformation theory (FSDT). The equations of motion are obtained applying Hamilton’s concept, which contain the influence of the centrifugal force, the Coriolis acceleration, and the preliminary hoop stress. In addition, the axial load is applied to the conical shell as a ratio of the global critical buckling load. The governing partial differential equations are given in the expressions of five components of displacement related to the points lying on the reference surface of the shell. Afterward, the governing differential equations are converted into a group of algebraic equations by using the GDQM. The outcomes are achieved considering the effects of stacking sequences, thickness of the shell, rotating velocities, half-vertex cone angle, and boundary conditions. Furthermore, the outcomes indicate that the rate of the convergence of frequencies is swift, and the numerical technique is superior stable. Three comparisons between the selected outcomes and those of other research are accomplished, and excellent agreement is achieved.     

Thermal vibration of functionally graded porous nanocomposite beams reinforced by graphene platelets

The thermal vibration of functionally graded(FG) porous nanocomposite beams reinforced by graphene platelets(GPLs) is studied.The beams are exposed to the thermal gradient with a multilayer structure.The temperature varies linearly across the thickness direction.Three different types of dispersion patterns of GPLs as well as porosity distributions are presented.The material properties vary along the thickness direction.By using the mechanical parameters of closed-cell cellular solid,the variation of Poisson's ratio and the relation between the porosity coefficient and the mass density under the Gaussian random field(GRF) model are obtained.By using the Halpin-Tsai micromechanics model,the elastic modulus of the nanocomposite is achieved.The equations of motion based on the Timoshenko beam theory are obtained by using Hamilton's principle.These equations are discretized and solved by using the generalized differential quadrature method(GDQM) to obtain the fundamental frequencies.The effects of the weight fraction,the dispersion model,the geometry,and the size of GPLs,as well as the porosity distribution,the porosity coefficient,the boundary condition,the metal matrix,the slenderness ratio,and the thermal gradient are presented.     

用DQM求解成层地基一维非线性固结问题

由于多层地基的一维非线性固结问题求解的复杂性,其解析解很难求得。本文基于Davis和Raymond一维非线性固结理论,利用DQM(Differential Quadrature Method)导了初始有效应力沿深度变化、任意边界条件、任意荷载作用下成层地基一维非线性固结的统一表达式,求得了孔压、有效应力和平均固结度的解答。通过解的收敛性分析讨论了DQM解的有效性。由于DQM解对于固结间题各种复杂条件具有统一的矩阵表达式,更便于编程计算和工程应用。最后,用本文解答对三层地基一维非线性固结问题进行了讨论。     

饱和土一维动力响应分析的弱式微分求积元法

基于伽辽金加权残值法，本文首先建立一维饱和土动力学控制微分方程的弱形式，而后分别采用微分求积法和有限元法将其空间坐标离散，得到以土体骨架位移、流体-土骨架相对位移和孔隙流体压力为自由度的单元离散方程，从而采用Crank-Nicolson 法求解．数值算例一方面通过与解析解的对比，验证了离散方程和数值程序的正确性．另一方面，通过地表位移和基底孔隙压力的收敛性分析，检验了求积元和有限元法的收敛效率．数值结果表明：所建立的弱式微分求积法在饱和土动力分析中不仅具有显著优于常规有限元法的收敛效率，而且还具有可变阶的收敛性能，为今后高效率分析提供了一种可能．