具有转角自由度的曲面矩形扁壳元

扁壳单元中引入结点转角自由度可以在不增加结点的情况下,增加位移场的阶次,提高计算精度,从而显著地提高单元性能。利用广义协调薄板单元RGC-12的位移函数作为扁壳元的法向位移,利用广义协调矩形膜元的位移函数作为扁壳面的切向位移,构造了一个具有转角自由度的4结点广义协调曲面矩形扁壳元。并通过实例分析对该单元的收敛性和精度进行了验证,数值算例的结果表明,该单元收敛稳定迅速,用较少的自由度就获得了很高的精度,是一个性能良好的壳单元。     

无侧移结构的广义力矩分配法与位移法联合法

在广义力矩分配法的基础上,引入广义转动刚度系数的概念,建立广义力矩分配法和位移法的联合法,求解得到精确的计算结果.首先,在所有未知转角位移刚节点处施加刚臂,计算得到杆端的固端弯矩,释放尽量多的结点,计算得到未分配结点处的不平衡力矩;然后,以未分配结点处的转角位移为基本未知量,建立位移法典型方程,再利用广义力矩分配法计算得到广义转动刚度系数;最后,求解计算典型方程,利用叠加法绘制最终弯矩图.以多跨连续梁和多层框架作为算例,演示联合法的具体计算步骤,并对比分析矩阵位移法、联合法和分层法的计算结果,验证了联合法的准确性和有效性.     

三维广义有限元及在拱坝计算中的应用

基于传统有限元理论，将每个结点位移的Lagrange型插值空间推广为具有任意多个广义位移的函数展开式，在不增加结点个数的前提下，仅通过提高结点插值函数的阶数，达到提高有限元精度的目的，建立了三维广义八结点等参单元的有限元列式，探讨了广义有限元的程序实施细则。通过对悬臂梁、曲梁以及5型拱坝的实例计算，体现了广义有限元法的优越性，为拱坝等结构计算分析提供了一种新途径。     

多分配结点结构的广义力矩分配法

为提高力矩分配法的计算效率和计算精度,在传统力矩分配法的基础上,引入广义分配系数和广义传递系数的概念,建立了广义力矩分配法,从而提高了结构计算效率,且计算结果是精确解.该法首先在所有未知转角位移刚结点处施加刚臂,并计算杆端的固端弯矩,然后同时释放尽量多的非相邻结点,得到尽量少的存在不平衡力矩的结点,再利用广义分配系数和广义传递系数对不平衡力矩进行一次分配传递,从而得到分配弯矩和传递弯矩,进而到最终弯矩.本文最后以连续梁作为算例,对比分析了传统力矩分配法求解结果、位移法求解结果和广义力矩分配法求解结果,验证了本文方法的准确性和有效性.     

基于六面体体积坐标的新型8结点实体单元

六面体体积坐标方法是构造高性能三维实体单元的新工具。基于六面体体积坐标方法,构造了含有内参的8结点实体单元HV3D8。其基本位移场的形函数由点协调广义协调条件精确确定,并按照Wilson非协调元的模式进一步建立了单元内部位移场,这样使得该单元的位移场对整体坐标是二次完备的。数值算例表明:该单元在各种弯曲问题中不仅计算精度高,而且抗网格畸变能力优于其他同类等参元,显示了六面体体积坐标和广义协调理论相结合的特有优点。     

混合型应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ的有限元计算

本文通过偏置直裂纹三点弯曲试件的算例,讨论了自由边界对应力强度因子计算精度的影响。指出了使用虚裂纹扩展法时值得注意的裂纹扩展方向问题。并且对具有四分之一边中结点的二次等参元的奇异性问题作了研究,证明了对于正方形的这种单元,沿对角线方向的位移仍含有r~(1/2)项。     

广义有限元及其应用

基于传统有限元理论，吸收数值流形方法中有限覆盖技术，将每个结点位移的Lagrange型插值空间推广为具有任意多个广义位移的函数展开式，给出了广义四结点等参单元的有限元列式，结合算例探讨了广义有限元的数值实施措施，针对复杂结构形式，提出广义有限元与传统有限元的联合运用，从而解决计算交和精度这一问题，算例结果表明了本文方法的合理性。     

用混合有限单元确定应力强度因子

本文用八结点混合等参单元确定Ⅰ型和Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹的应力强度因子.在单元内部分别假定应力模式和位移模式,应力和位移均采用二次插值函数.计算表明,用较少的单元可以获得较高的精度.     

扇柱形奇应变单元计算K_Ⅰ、K_Ⅱ及K_Ⅲ

本文采用等参数有限元法计算线弹性空间裂纹的应力强度因子.在裂纹前缘周围布置有若干个扇柱形四分点单元,而在扇柱形单元与常规等参数单元之间,还布置了三维过渡单元.可以证明,这些单元的应变中都具有r~((-1)/2)的奇异性.我门应用这样扇柱形单元计算了四个例题,分别得到KⅠ、KⅡ及KⅢ,与解析解或用边界配位法得到的解进行比较基本上都是相同的.此外,本文还给出了空间裂纹由节点位移直接推算强度因子的几个简便公式.     

一种由平面矩形单元转化而来的十字形平面刚架单元

文章提出了一种用平面刚架结构来替代平面问题连续体的有限元方法,将平面连续体离散为5结点15自由度矩形单元,再将矩形单元转化为十字形平面刚架单元;先求出外载荷作用下平面刚架结点位移、结点力,再由虚拟力求梁横截面变形引起的十字形单元结点力,将各次所求结点力叠加,得矩形单元结点力;并编制计算程序,进行数值计算和比较,表明该方法可行。     

边界单元法在断裂力学中的应用

本文从弹性力基本方程出发,叙述了用边界单元法求解断裂力学问题的基本原理和数值计算方法.在微机上用常量单元计算了承拉双边裂纹板和中心裂纹板的应力强度因子K_1和裂纹张开位移,论证了边界单元法用于断裂问题的有效性.     

结合梁板单元的位移模式研究

提出了一种考虑梁板相对滑移和板剪滞效应的结合梁板单元.以矩形板中面4个结点的结点位移、板梁结合面3个点的相对滑移和板中线上3个点的剪滞翘曲位移作为单元的基本自由度,构造了板和梁的位移模式.其中以板的位移模式为主,梁的位移模式则根据板和梁之间的变形协调条件来确定.通过一个钢-混凝土结合梁试验模型的计算,结果表明,根据提出的结合梁板单元得到的结果与试验值和常规有限元的结果较为吻合,说明了此方法的可靠性.     

四边形8-结点Mindlin板单元

文章提出一个四边形的 8-结点 Mindlin板单元。板的横向位移 w用 8-结点二次型函数插值 ,板的弯曲转角θx和θy用 4 -结点双线性函数插值。在计算与剪应变对应的刚度系数时 ,将横向位移一阶偏导数 w,x与 w,y通过它们在角结点处的值用双线性函数再次插值。以此根除原始 Mindlin板单元固有的自锁现象。本单元的理论合理 ,算法简便 ,易于实现计算机编程 ,计算效率高 ,分析结果准确。它是一个很好的从薄板到厚板范围内的实用有限板单元。     

非连续变形计算力学模型中的广义有限单元

阐述了广义结点的数学覆盖和物理覆盖、覆盖的类型及其特征·在此基础上,由广义结点构造数学覆盖,并介绍了不同类型的数学覆盖·广义有限单元是由数学覆盖、物理覆盖和本构关系构成,不同特性的数学覆盖和本构关系可构成不同特性的广义有限单元,以模拟多体系统中不同特性的物体,如刚体、弹性体、弹塑性体、粘弹性体和粘弹塑性体等,并给出了一般广义有限单元的基本特性矩阵与向量·为非连续变形计算力学模型在单元离散方面奠定了坚实的基础     

扩展有限元中边界条件的施加

扩展有限元施加边界条件的方法与有限元不同,但尚无文献进行详细的说明.本文由有限元的控制方程和边界条件的基本格式出发,说明了扩展有限元施加应力和位移边界的原理,以单个带裂缝单元为例给出了Standard-XFEM和Shifted-XFEM模式下扩展有限元施加边界条件的具体实现过程.最终,通过一个受均布荷载的简支梁验证了本文介绍方法的正确性.结果表明:对于应力边界,应由最小位能原理导出的公式计算等效结点荷载,不同位移模式下,由外部荷载计算等效结点荷载的公式相同,但得到的结点荷载向量不同.位移边界则应将不同的位移模式在约束处所满足的方程带入控制方程求解.虽然均采用上述原理施加边界条件,但采用不同位移模式时,实现边界条件的具体方法不尽相同.     

夹层板壳静力分析的有限单元法

在文（１）的基础上，构造了１６－２０结点夹层板壳单元。该单元考虑了层合结构的横向剪切效应，较等效单层理论和分层理论的精度高，且大大减少了结点自由度数目，提高了计算效率。由于结点自由度只有线位移，该单元易与三维实体单元连接，对厚板壳也有很强的适应性，特别适合于实际工程中层合结构的计算。     

采用面积坐标的抗畸变四边形曲边膜元

目前普遍采用的传统等参元族对网格的曲边、直边畸变均十分敏感。该文在已有的采用四边形面积坐标四边形4结点膜元基础上,构造了4个新型四边形广义协调曲边膜元5结点元ACG-Q5、6结点元ACG-Q6、7结点元ACG-Q7和8结点元ACG-Q8,形成一个完整的采用面积坐标的膜元系列。这4个单元列式简单、便于应用,且位移场实现了直角坐标的二次完备,单元精度高,对网格曲边和直边畸变都不敏感。算例表明这4个单元可以有效克服MacNeal梁、薄曲梁等传统等参元无法克服的多种闭锁现象。此外,通过这4个单元的建立还提供了一种将4结点单元推广到更多结点单元的一种通用方法。     

粗网格划分下具有高精度的六面体广义协调元

针对薄壁结构三维实体有限元分析存在单元划分过多的问题,构造了一种能适应粗单元网格划分的六面体广义协调元.该单元以六面体十二结点等参元为基础,通过在单元不同坐标方向有选择性地补充非协调位移插值项,使得单元在粗网格划分下仍能保持良好的性能.所构造的非协调位移场满足网格无限划分时的边界极限协调条件,因而能确保单元收敛性.数值计算表明,该广义协调元具有很高的计算精度,能适应边长尺寸相差悬殊的单元网格划分.     

高层筒体结构分析的样条子结构—综合离散法

吸取样条函数子结构法和综合离散法的优点,形成了高层筒体结构动力特性分析的新方法:样条子结构—综合离散法。推导了正交各向异性的4结点平面应力单元,还对独立柱子结构提出了处理方法。对于结点位移模式,沿子结构的纵向采用3次B样条函数,沿周向采用3次不等距样条函数。根据动势能驻值原理,建立以广义位移为未知量的筒体结构平扭耦连自由振动方程。计算中结构自由度数目与水平位移函数的项数在关,而与结构的层数无关。本文方法概念明晰,精确度高,计算工作量少。算例结果表明,本文结果与实验结果吻合良好。     

厚板低阶广义协调矩形元

采用常内力状态下的广义协调条件，将剪切变量用结点挠度和转角表示，导出一个具有１２个自由度的厚板、薄板都通用的矩形弯曲单元。此单元的自由度少，精度高，能通过分片检验，不出现剪切闭锁现象，具有位移型单元简便实用的优点。