奇异性弹性场分析的新型超级奇异单元法综述

随着城市轨道交通高质量、高效率的发展要求,工程和机械设备的疲劳强度问题越来越受到重视。机械结构破坏起源于各种形式的缺陷,如裂纹、夹杂、孔洞等,而奇异性应力是材料缺陷处裂纹萌生的重要原因。新型超级奇异单元是基于奇异性位移场、应力场的数值特征解和Hellinger-Reissner变分原理构造的包含缺陷角部的特殊单元,其能够用于分析多种缺陷角部邻域奇异性弹性场。与其它奇异单元相比,新型超级奇异单元通用性强,无需任何过渡单元即可与常规单元连接,可以应用于任意楔形角和任意材料组合的奇异性应力场分析。文章主要综述了新型超级奇异单元在二维或三维中的裂纹尖端、夹杂角尖端、V型缺口角尖端、孔洞角尖端、多相材料界面角尖端的应用情况,对于如何使用该单元分析奇异性应力场具有一定的指导意义。     

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...     

各向异性复合材料尖劈和接头端部奇性场研究

提出了一个新的、基于位移的、分析平面尖劈端部奇性应力场和位移场问题的高次内插FE特征分析法．该方法与过去原有求解裂纹端部近似场的有限元特征分析方法有几点不同：(1)导出公式的出发，占、不同；(2)单元形式为高次内插单元；(3)尖劈端部邻域内的位移场假定没有采用奇异变换技术．运用高次内插FE特征法求解各向异性尖劈和接头端部附近的奇性应力指数以及位移和应力的角分布函数，并且给出了若干算例．所有的计算结果表明，该方法较原有方法使用的单元少而且精度高，     

各向异性两相材料界面端部的奇性应力指数

提出了一个新的、基于位移的、求解各向异性两相材料界面端部奇性应力指数的非协调元特征分析法．该方法与过去的有限元特征分析方法相比的显著特点是：导出虚功原理的出发点不同;有限元单元形式为非协调元;楔形体端部邻城内的位移场假定没有采用奇异变换技术．运用该方法可以直接求解各向异性两相材料界面端部附近奇性应力指数,计算结果表明,本文方法较原有方法使用的单元少而且精度高．     

复合压电材料尖劈端部奇性问题有限元分析

从应力平衡方程、电场Maxwell方程和尖劈边界条件构成的控制方程出发,导出一个基于位移场、电势的弱式方程．采用一维有限元分析技术,沿着尖劈端部领域进行单元离散,建立求解压电复合材料尖劈附近奇性场问题的有限元特征分析方法,对于压电材料非常重要的电学边界问题,本文也有所涉及,并给出了平面导电裂纹和绝缘裂纹的算例。     

楔形体尖端近似场的非协调有限元特征法

提出了一个新的、基于位移的、分析平面楔形体尖端奇性应力场和位移场问题的非协调元FE特征分析法.该方法与过去原有求解裂纹尖端近似场的有限元特征分析方法有几点不同1)导出公式的出发点不同;2)单元形式为非协调元;3)楔形体尖端邻域内的位移场假定没有采用奇异变换技术.文中运用该方法给出了若干有关任意形状楔形体尖端附近近似奇性应力场和位移场分布的算例,其中,当然包括最重要的裂纹情形,此时楔形体张开角度为180°.所有的计算结果表明,本文方法较原有方法使用的单元少而且精度高.     

与异材界面垂直相触的Ⅰ型三维裂纹分析

使用超奇异积分方程方法对相材料中与界面垂直相触的Ⅰ型三维平片裂纹问题进行了理论和数值分析．在理论分析中，我们使用主部分析法分析了界面上裂纹端部应力奇性指数和Ⅰ型应力强度因子．在数值计算中，超奇异积分方程组中的未知函数裂纹表面位移差近似地表示为位移差的基本密度函数与多项式之积．基本密度函数反映了裂纹端部应力奇性性态．文章最后以矩形平片裂纹问题为例，给出了若干关于不同裂纹形状比和材料刚性比时的应力强度因子数值算例，数值结果表明，本文提出的数值求解方法精度很高．     

心墙堆石坝应力变形有限元分析

采用平面应变有限元方法,对该坝在施工、蓄水过程中的应力变形进行了模拟分析.模拟计算中,砼材料用线弹性模型模拟,坝体土石料用邓肯-张E-v非线性弹性模型模拟,砼与黏土间的不协调位移用Goodman接触面单元模拟.坝体的施工过程和蓄水过程均用分级加荷的方法模拟.计算结果表明,坝体应力变形无异常分布,目前的设计是合理可行的.     

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。     

心墙堆石坝应力变形有限元分析

采用平面应变有限元方法,对该坝在施工、蓄水过程中的应力变形进行了模拟分析.模拟计算中,砼材料用线弹性模型模拟,坝体土石料用邓肯-张E-v非线性弹性模型模拟,砼与黏土间的不协调位移用Goodm an接触面单元模拟.坝体的施工过程和蓄水过程均用分级加荷的方法模拟.计算结果表明,坝体应力变形无异常分布,目前的设计是合理可行的.     

船舶撞击后连续梁桥基础受力特性分析

基于有限元数值方法对一船舶撞击连续梁承台群桩基础事故进行模拟,分析了不同上部结构约束、不同冲刷深度、不同荷载等级下群桩基础的受力变形特性。结果表明承台周围河床的冲刷深度对桥梁下部结构受力变形特性影响明显,冲刷深度的加大减弱了桥梁下部结构承受撞击能力。对该次事故结果作出评定,并提出该连续梁桥下部结构的撞击力限值,为桥梁运营养护提供参考。     

预应力CFRP加固混凝土柱抗震性能的数值分析

采用预应力CFRP片材加固钢筋混凝土柱,可以提高柱的抗震性能．本文采用有限元分析软件ANSYS,对预应力CFRP片材加固钢筋混凝土柱的低周反复荷载试验过程进行了数值模拟分析,提出了分析同类问题的有限元算法,研究了预应力大小对预应力FRP片材加固钢筋混凝土柱抗震性能的影响,分析了预应力FRP片材加固钢筋混凝土柱的破坏机理．分析结果表明：随着FRP片材预应力度的增加,被加固柱的滞回曲线趋于饱满,滞回环的外包面积增大,延性增加,其耗能能力和抗震性能显著提高．     

特大型长联连续梁桥上无缝线路铺设方案研究

桥上无缝线路由于梁、轨的相互作用,钢轨会受到附加纵向力的作用,尤其在特大型长联连续梁桥上钢轨受到的纵向附加力更是不容忽视。本文建立了以轨道、桥梁、支座、墩台、基础为整体结构的纵向附加力计算空间有限元模型,计算了某特大型长联连续梁桥上钢轨的温度力。分析了：小阻力扣件铺设位置、铺设长度对钢轨伸缩附加力的影响;钢轨伸缩调节器铺设位置对钢轨温度力的影响。综合分析结果提出了该特大型长联连续梁桥上无缝线路的铺设方案。     

土工格栅加筋土挡墙工作性能参数的有限元分析

随着土工合成材料的发展。土和加筋材料本构关系的研究日益深入,有限元法得到了越来越广泛的应用。以某高速公路土工格栅加筋土挡墙为研究对象,利用非线性分析软件ADINA,建立有限元模型,对影响加筋挡土墙工作性能的参数如面板刚度、填土性质、加筋间距、加筋长度、作用荷载等进行了探讨,通过有限元分析得到一些有益的结论：应合理选择加筋间距和加筋长度,选用的筋材和面板应具有较高的弹性模量等,为土工格栅加筋土挡墙的设计和研究提供了参考。     

基于有限元法的5000t油船结构强度计算

采用有限元软件MSC.PATRAN/NASTRAN,对5 000 t油船建立局部结构计算,分析有限元模型,进行满载工况下的强度计算及结果分析,计算结果表明各构件强度满足结构强度要求.本船结构强度能够满足CCS规范要求,计算结果符合实际情况,说明采用有限元法的准确性及实用性,能有效地为相关的船舶设计提供参考.     

基于分析和试验的微型客车白车身刚度研究

采用有限元方法分析了某微型客车自车身扭转刚度和弯曲刚度,以及车身局部变形等刚度特性,并用试验数据验证了分析结果.其结果表明:该车身扭转刚度较低,后门框变形较大,需要改进设计.指出采用车身刚度与质量比参数来综合评价白车身刚度性能更为合理.     

基于弹性补偿有限元法的拱桥极限分析

基于塑性极限荷载理论,提出了一种拱桥极限分析的新方法--基于弹性补偿有限元法的拱桥极限承载力分析方法,综合考虑拉压、剪力、弯矩和扭矩等内力作用,根据近似广义屈服准则,通过连续修改单元的弹性模量而引起应力重新分布, 以模拟拱桥结构体系的塑性失效行为.同时,编制了拱桥极限承载力计算程序,计算结果与模型拱桥的试验结果相比较,验证了方法所具有的较高的计算精度和计算效率.并且讨论了拱桥材料特性、截面几何尺寸和矢跨比等参数对拱桥极限承载力的影响.     

基于实数编码遗传算法的桥梁有限元模型修正方法

为克服传统桥梁有限元模型修正迭代优化过程中存在的局部收敛和提高模型修正精度, 提出了联合实数编码遗传算法与静动力实测数据的有限元模型修正方法; 引入四边形等参元理论和牛顿迭代法编制宏命令, 实现有限元模型中车辆荷载的快速自动加载; 基于结构有限元模型静动力特性构造目标函数, 以实数编码遗传算法为优化策略, 采用MATLAB平台建立了有限元模型修正框架; 通过对一个简支框架结构的数值模拟, 对比了所提出优化方法与其他方法的收敛效率和修正结果, 以验证所提出方法的有效性; 采用拉丁超立方体抽样分析了有限元模型参数变化对桥梁动力响应的影响, 以确定待修正参数, 并采用所提方法修正了一座改建的空心板桥梁的实体有限元模型。分析结果表明: 零阶算法和一阶算法对参数的敏感性和修正范围依赖大, 选用敏感性较小的参数或者参数修正范围大于50%将会导致错误的修正结果; 实数编码遗传算法对初始输入不敏感, 可避免局部收敛的情况; 采用灵敏度分析得到的主要待修正参数有空心板弹性模量、现浇层弹性模量以及支座横桥向和顺桥向的约束刚度; 修正后的空心板弹性模量增幅约为19.13%, 现浇层弹性模量增幅约为16.00%, 横向约束刚度增幅约为46.21%, 纵向约束刚度增幅约为72.72%, 修正后的有限元模型的静动力特性与实测响应吻合良好, 各测点静力响应误差均小于4%, 动力响应误差小于3%。