12—节点杂交／混合Reissner—Mindlin板单元

按杂交/混合有限元方法,根据Reissner-Mindlin板理论,建立了12-节点C~0类板弯曲单元HP 12。数值研究表明,HP 12不含多余机动模式,当趋于薄板极限时,不出现“自锁”,且弯矩与位移响应良好。本文还指出了CH 1单元含有多余机动模式的原因。     

四边形杂交／混合轴对称有限元列式

本文建立了—8—节点四边形轴对称杂交/混合有限单元。该单元不含多余机动模式,无伪剪切现象,能通过补片试验。本单元的各项应力表达式由一次线性完备的应力参数组成,它对坐标取向、单元网格歪斜以及节点编号顺序皆不敏感。数值算例表明,这一单元具有优异的计算精度。     

四边简支压电层合厚板的一阶理论解析解

基于一阶剪切变形板壳理论和压电理论,推导了压电层合板结构的基本方程。对四边简支的压电层合板在四边接地、上下表面受外加电压及无外加电压作用时进行了解析求解,求得了电势和位移的表达式,给出了压电层和基体的挠度及电势分布图。     

板弯曲元列式的一致位移—杂交应力有限元方法

本文基于 Reissner-Mindlin 板弯曲理论,并引用一致场的概念,建立了一个四边形杂交应力板元(CDHP)。数值结果表明,在收敛性方面与LH4(Spilker,1980)极为相似,而对歪斜网格模型的敏感程度大大低于 LH4。根据 MIN4(Tessler,1983)和 CDHP 的数值比较研究可见,企图用完全一致的位移插值来克服“自锁”是不易的,试图用替代应变函数的方法达到这一目的也是无效的。在这方面,本文的方法具有优势,且有直接和简单的特点。     

多节点四边形杂交板元

基于共轭协变剪应变和逆变剪应力分量的杂交板元的合理列式，给出了一个１２－节点Ｃ＾０四边形的杂交板元。数值结果表明：与其他假设位移法的Ｍｉｎｄｌｉｎ板单元相比，所建议的单元，提供了改进的位移和应力解，且在歪斜网格时不“自锁”，能够通过补片试验，单刚拥有足够的秩等，因而具备了理想单元的品质。     

多边形孔奇异性应力干涉问题的研究

采用一种新型杂交元方法研究了多边形孔相互干涉条件下的奇异性应力场问题.首先运用多变量变分原理构造一种超级切口尖端单元,其中,假定的应力场和位移场变量是利用奇异性场数值特征解推导出来的.尔后将该超级切口尖端单元与传统4节点杂交应力元耦合在一起,即可建立起一种分析含任意多边形孔弹性结构分析的新型有限元模型.最后用该模型考察...     

受冲薄壳弹塑性大变形力学特性的有限元分析

采用基于堕劝坐标系的假设应变场壳单元,弹塑性等向强化材料模型,一体化接触搜寻算法,罚参数接触力计算法及显式时间积分格式进行薄壳弹塑性大变形力学特性分析。算例表明,该方法简明,直观,快捷,方便。     

解析型Timoshenko梁有限单元

为提高深梁结构内力及变形的计算精度和效率,以Timoshenko梁理论为基础,建立了深梁位移控制方程,进而构造了深梁挠度、截面弯曲转角和剪切角的解析位移形函数. 采用势能原理建立了深梁的势能泛函,利用势能变分原理得到了解析型单元列式,进而给出了解析型单元总刚度矩阵,将其与理论解、插值多项式深梁单元进行对比分析. 结果表明:构造的解析型单元只需划分为一个单元即可保证计算的深梁挠度和转角与理论解一致,采用插值多项式单元确定的挠度和转角与理论解的相对误差最大可达到19.785%. 同时,为验证剪切变形对深梁位移影响,将构造的单元与Euler梁单元的计算结果进行对比. 对比表明:对于承受均布荷载作用的悬臂梁,基于Euler梁计算的位移与基于Timoshenko梁理论构造的解析型单元计算的位移偏差可达到50%;对于承受端部集中弯矩作用的简支梁,基于Euler梁计算的位移与基于Timoshenko梁理论构造的解析型单元计算的位移偏差可达到10.769%. 本文构造的单元满足了高精度、高效率的要求;该解析型梁单元可适用于浅梁分析,且不存在剪切闭锁的问题.      

壳单元的“自锁”问题

本文以杂交／混事有限元为基础,讨论了壳单元“自锁”现象,论论了避免“自锁”的条件;指出与弯曲应力参数相耦合的膜应力参数和横剪应力参数对“自锁”现象不起任何作用。本文的结论可以推广到其他多变量有限元模型中。     

Penalty-Finite Element Analysis of the Eddy Current Loss in a Fully-Stabilized Multifilamentary Superconducting Wire

The paper is mainly concerned with the penalty incurred in finiteelement analysis of the eddy-current loss problem in a fully established multi-filamentary superconducting wire. A finite element model with 4-node quadrilateral isoparametric elements is formulated for the present problem. Unlike the conventional vector potential scheme in use for electromagnetic field problem, the present work features a direct computational approach to eddy current loss. Simplicity and remarkable enhancement in computational accuracy can be obtained with the proposed method.     

斜交箱梁桥剪滞效应的有限元分析

将薄板弯曲问题的广义协调元与平面应力问题的薄膜单元组合，得到平板壳元以分析斜交连续箱梁桥的剪滞效应．通过对模型试验值与有限元计算值的比较，证实了这一分析方法的有效性．以某斜交箱梁为例。分析了集中荷载、均布荷载作用下不同斜度斜交箱梁剪滞效应的纵、横向分布规律，并与相应正交箱梁进行了比较．结果表明，斜交箱梁的剪滞效应比正交箱梁更为显著，设计时必须充分考虑其剪滞效应．     

建立Timoshenko深梁单元的新方法

基于Timoshenko两广义位移梁理论，建立考虑剪切效应的Timoshenko深梁单元横向线位移、转角和剪应变的各自插值函数，利用有限元方法导出单元线弹性刚度、一致质量矩阵和几何刚度矩阵。算例结果表明此公式用于静力、动力和稳定性分析是可靠的，并且不出现剪切闭锁现象。     

悬索桥有限元计算的三节点空间鞍座单元

为了进行空间缆索悬索桥主缆与塔顶鞍座间接触非线性的计算,开发了包括塔顶鞍座及两侧主缆在内的三节点空间鞍座单元.基于空间悬链线理论及主缆与鞍座的几何关系,对单元进行状态求解,得到主缆与鞍座的切点位置及切点索力,根据静力平衡条件计算单元精确的节点力;由增量代替微分,根据切线刚度矩阵的定义计算单元刚度矩阵的元素.空间鞍座单元自动满足主缆与鞍座相切,通过修改一个参数可实现鞍座顶推的计算.计算表明:计算结果与数值解析解结果完全相同,收敛速度较快,在每次状态求解时,迭代次数在12次以内.      

对Stokes问题的几种杂交应力元含秩状况的讨论

Stokes流的杂交应力有限单元,可以由π_R型变分泛函出发,进行推导,这更便于在选择应力偏量场与压力场的早期控制单元含秩状态。Bratianu-Atluri的三种Stokes流杂交应力元,在单元一级上额外缺秩,皆含有兼容性多余机动模式,尤其无法形成在组合一级上的正确含秩的组合元。     

考虑剪滞剪切效应的复合材料薄壁箱型连续梁理论分析

以含三次项的四次抛物线作为箱梁翼缘板的纵向位移函数,推导出了考虑横向剪切变形及剪力滞后效应时的双轴对称铺设的复合材料层合箱梁在对称弯曲条件下的控制微分方程,并推导出了两等跨连续梁分别在跨中受一集中力P的位移差函数,最后结合具体的复合材料箱型连续梁实例,将本文理论推导的结果与ANSYS结果以及实验结果进行了对比,结果表明,理论推导的结果与ANSYS结果和实验结果吻合较好,其结果是正确可靠的。     

DKQ弯曲单元的构造及应用

为了研究复杂载荷作用下薄板结构的受力,基于离散Kirchhoff原理,推导了三角形弯曲薄板单元的应变矩阵、刚度矩阵中的显式面积坐标积分方法,根据变分原理构造了任意四边形弯曲单元DKQ,引入对称及反对称畸变模式进行网格畸变敏感性分析,将DKQ弯曲单元与平面应力单元组合,得到了用于薄板分析的四边形平板单元,并编制了有限元分析程序。计算结果表明:相对偏移量从-0.18变化至0.18,反对称畸变模式下挠度最大误差为1.83%,而对称畸变模式下挠度最大误差为0.99%;对某地铁车体结构,计算结果与ANSYS结果误差在3.5%之内,这说明构造的DKQ弯曲单元对网格畸变不敏感,具备良好的位移解收敛性和计算精度。     

曲线纤维变刚度壁板的亚音速气弹稳定性研究

针对曲线纤维变刚度复合材料层合板在高速列车壁板结构轻量化设计中的广阔应用前景,研究了弹性、黏弹性变刚度复合壁板在亚音速流场中的气动弹性稳定性问题. 首先,基于Mindlin厚板理论和势流流动理论分别描述壁板结构变形和亚音速气动力,根据虚功原理和有限元法建立了曲线纤维变刚度复合材料弹性/黏弹性壁板的气动弹性稳定性分析模型,进而采用复模态理论求解复合材料变刚度壁板发散临界速度;在验证方法正确性和收敛性的基础上,研究了壁板关键参数等对复合变刚度壁板发散失稳特性的影响规律. 研究结果表明:与直线纤维壁板相比,通过调整曲线纤维路径可以实现壁板的发散临界速度50%左右的提升,有效增强壁板气动弹性稳定性.      

Petal failure characteristics of a conical projectile penetrating a thin plate at high oblique angle

In order to determine the impact depth of a conical projectile impacting a thin plate at high oblique angle, the residual velocity of the projectile after penetrating must be known. Based on the petal failure mode of the conical projectile impacting the thin plate at high oblique angle, the energy consumption mode of the target was determined. During the perforation process, the energy consumption of the target was completed by the saucerization, the power work of the petals, the propagation of radial cracks and petal bending. The energy formula was deduced for each energy dissipation mode and the energy consumed in the impact process was determined. The residual velocity and the ballistic limit velocity of the projectile were deduced by energy conservation principle. Comparison of the analytical results of the residual velocity to the numerical results demonstrates the accuracy and reliability of the analytical formula.     

Numerical method on load sharing problem of thick laminate joints

Accurately and efficiently predicting the load sharing of multi~bolt thick laminate joints is necessary to quicken the optimization of the large-scale structures over various design variables, and a two-dimensional （2D） finite element method （FEM） is introduced to meet such a demand. The deformation contributions of the joint zone are analyzed and calculated separately, including the shearing deformation of the fasteners shank, the bending deformation of the fasteners shank, and the bearing deformation of the fasteners and joint plates. These deformations are all transferred and incorporated into the components of the fastener＇s flexibility. In the 2D finite element model, the flexibilities of the beam elements and bush elements are used to simulate different components of the fastener＇s flexibility. The parameters of the beam elements which include the bending moment of inertia and intersection area, and the parameters of the bush elements which include the stiffness in different directions, are all obtained through equalizing the fasteners flexibilities. In addition, the secondary bending effect introduced by the single-lap joints is also taken into account to verify the flexibilities of the fasteners in practical application. The proposed FEM is testified to be more accurate than the traditional 2D FEMs and more efficient than the three-dimensional （3D） FEM in solving load sharing problem of multi-bolt single-lap thick laminate joints. With the increase of joint plates＇ thickness, the advantages of the proposed method tend to be more obvious. The proposed 2D FEM is an effective tool for designing bolted joints in large-scale composite structures.     

荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型

为探讨盾构隧道管片结构的空间力学行为，采用厚壳、弹簧、空间实体和接触单元分析盾构隧道管片衬砌的内力状态，提出了荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型．该模型考虑了管片间接缝处的挤压作用、管片与螺栓接头之间的咬合作用、地层对管片的径向与切向抗力作用、环向接头的正负抗弯刚度差异以及封顶块的插入角等因素．算例表明，壳-弹簧-接触模型与梁-弹簧模型的计算结果相差较小；轴力和剪力在壳体上的分布具有明显的空间性．