等参数有限单元分析及程序

§1.问题提出 近十多年来,随着计算机的发展,有限单元法有了迅速的发展。现在,不仅在结构分析中广泛地应用有限单元法,近年来,它还在愈来愈多的非结构问题分析中得到了应用。 目前,有限单元法应用中,一般采用三角形单元(网格)。采用三角形单元有计算格式简单,程序容易编制等优点,所以较为普及。本文把这种采用三角形单元的有限单元法称为“常规有限元”。“常规有限元”在理论和实践中都存在一些问题,其中以精度问题最为突出。     

伽辽金无网格法和有限元法的比较

无网格法在计算力学中成为一种区别于有限元法的新的数值计算方法。文章通过对无单元无网法、应变光滑稳定法、常规有限元法和杂交应力元法进行位移误差和应力误差比较分析;结果表明,无单元无网法和有限元完全积分法在许多问题上精度是可比较的,而有限元中杂交应力元法则明显优于其他方法。     

无单元法应用于欧拉梁的动力特性分析

基于广义移动最小二乘法建立了同时考虑挠度和转角双变量的无单元法用于欧拉梁的动力计算.与传统有限元法相比,该方法只需输入节点信息无需定义单元,具有前处理简单的优势;与只考虑挠度的单变量无单元法相比,该方法具有更高的插值精度.运用双变量无单元法计算了4种不同边界条件欧拉梁的自振圆频率和振型,通过与理论解、有限元解、单变量无单元解的比较,表明无单元法在动力分析中的应用是可行的,欧拉梁的计算同时考虑挠度和转角双变量是必要的,该法在高阶振型计算中具有精度优势.     

无单元法在拱圈计算上的应用

无单元法(也称无网格方法)是一种新兴的数值计算方法,它是有限元等传统数值分析方法的重要补充和发展。本文针对拱坝的二维线弹性问题进行求解,计算拱圈上结点位移,计算结果由MATLAB编写的无单元伽辽金法程序运行得出。同时结合工程应用实例分析对系统进行测试评定,效果良好。     

无单元迦辽金法在对称叠层板屈曲问题中的应用

无单元法是一种新的数值算法,它信息处理简单,其基本思想是在计算域上用一些离散的点由最小二乘法来拟合场函数,从而摆脱单元的限制.因为它应用了滑动最小二乘法,所以与有限元不同,它的近似场函数不一定精确通过计算点,这会使计算稍趋复杂,但与这种方法带来的方便性相比,这点缺陷是微不足道的,因此这种方法愈来愈引起人们的关注.将无单元法用于对称叠层板的屈曲问题,通过计算不同边界条件下各向同性板和对称叠层板的屈曲荷载参数,验证了该法的有效性,且精度较高,有着广泛的工程应用前景.     

有自由面渗流的无单元法

为解决传统有限元方法很难处理复杂渗透介质的计算域这一问题,提出了有自由面渗流的无单元法。无单元法利用滑动最小二乘法来建立在全域高阶连续可导的插值函数,具有积分网格和节点相互独立的优点,可以避免有限元法中网格在迭代过程中变化的问题,实现了真正意义上的网格固定。计算实例表明,无单元法计算结果的精度较其他方法有所提高,并具有简单、灵活的优点。     

基于刚度矩阵的空间变截面梁简化问题

为研究机床的静刚度特性,需要得到其各部件的单元刚度矩阵.机床部件的结构往往是不规则的,因此需要将其等效简化为等截面梁单元,才能得到其单元刚度矩阵.该文对任意变截面梁等效简化为等截面梁单元的问题进行了研究,从建立梁单元的单元刚度矩阵的需要出发,推导出了完整的简化方法.为了验证该简化方法的有效性,利用有限元分析软件ABAQUS 6.51对一个力学模型进行了分析,同时用上述的简化方法对该力学模型进行了计算.将两者的计算结果进行对比,相对偏差小于5%,因此可证明该简化方法在变截面梁等效简化为等截面梁单元时的有效性.     

转子叶片有限元网格生成方法及准静态分析

结合航空发动机转子叶片,讨论了复杂形体自动生成合理的有限元网格所遇到的困难和常用方法的优缺点及其改进途径.针对问题的几何特点,提出子块串联2D编号、广义四边形、复杂曲面节点坐标插值等实用方法.对于实际叶片的准静态有限元分析表明,上述方法弥补了通用网格自动生成方法的某些不足,比较简单、有效,可以在复杂形体有限元剖分时保持良好的单元形状,在自行研发的专用有限元程序设计中有普遍应用价值.     

径向基点插值无网格法与有限元耦合法

为了发挥无网格法和有限元法各自的优势,提出了径向基点插值无网格法与有限元直接耦合的计算方法.比较了点插值无网格方法与无网格Galerkin法(element-free Galerkin method, EFG)的优缺点:无网格法只需要结点信息,无需单元信息,克服了有限元计算中网格畸变和重新生成带来的困难,故其在分析裂纹扩展和局部大变形等问题方面具有优势.对悬臂梁受集中荷载问题进行了计算,两种计算结果一致,但是本算法效率较高.用本方法与FEM耦合方法对半无限平面受集中荷载问题进行了计算,结果表明:本文的耦合方法可行,计算效率较高.     

基于GSA规范改进方法的框架结构连续性倒塌分析

为评估框架结构抗连续性倒塌潜力,结合GSA(general services administration)规范,采用备用荷载路径法进行连续性倒塌分析.在介绍GSA规范的基础上提出了一些改进,并阐述了评估结构抗连续性倒塌潜力的方法.基于GSA规范的改进方法,利用有限元软件ANSYS中的Beam188和Shell63单元建立三维框架有限元模型,采用生死单元法分别"杀死"长边中柱、短边中柱、角柱和长边两根柱,评估结构在上述工况下抗连续性倒塌的潜力.结果表明,对于典型的框架结构,长边靠中央的2根柱失效会造成结构的局部连续性倒塌,为建筑物的抗连续性倒塌设计提供了依据.     

Stochastic Boundary Element Analysis of Concrete Gravity Dam

IntroductionTo analyze the structural reliability of structures,in particular,complex or large projects,therandom stress- strain fields and the reliability mustbe determined by numerical methods.Among theavailable numerical methods,the stochastic finiteelement method (SFEM) [1] and the stochasticboundary element method (SBEM ) [2 6] arepowerful tools for these analyses.　 The approaches to structural reliability analysismainly include numerical simulation and linearapproximation.Numerical …     

渗流分析的非正交网格有限体积法

将有限体积法的体积积分用Ｇｒｅｅｎ公式转化为单元边界积分，使之能应用于非正交网格的渗流分析计算；保留有限体积法计算简单实用、计算精度高、省机时省内存的特点，又有网格划分灵活方便，对复杂计算域适应性强的优点。     

电阻抗成像中有限元后处理的实现

电阻抗成像研究中，每次计算结果都将产生大量的数据(如电导率、电阻率分布)，这些数据的规律很不直观，不便理解。怎样直接从图形上直观地看出电导率、电阻率分布，对计算结果的分析、理解有着重要的作用，特别是有助于医务人员的理解。文中主要从等值线及色彩图的绘制两个方面讲述了电阻抗成像中有限元后处理的实现，并用Visual C ．NET及OpenGL编写了有限元后处理软件，很好地解决了有限元后处理中等值线及色彩图的绘制问题。     

非线性问题的再生核质点法

无网格方法是一种新兴的数值计算方法,它是有限元法的重要补充.有限元法在许多特殊问题,如高度大变形问题、动态裂纹扩展、几何畸变、不连续问题等方面难以处理或不能解决.对再生核质点无网格方法的理论进行了研究,通过修正配点法实现其本质边界条件,将其应用到非线性问题的数值计算,通过自编程序对实例计算的结果表明,再生核质点法及本文对其本质边界条件的处理在求解非线性问题中是有效、可行的,结果精度高、收敛快.     

三维差分格式的网络图论方法

本文给出了椭圆型边值问题的通用三维差分格式,并以网络图论为基础,着重讨论并介绍了该格式的实施步骤及其在各种控制容积单元中的应用.     

非线性热传导反问题数值求解

引入Bregman距离函数,建立了非线性热传导反问题的一种数值求解模式,可对非线性导热系数和边界条件等宗量进行单一和组合识别．所建的有限元正／反演模型分别考虑了非均质和分布参数的影响,并应用同伦算法进行反演求解,探讨了信息测量误差和变量初值对反演结果的影响．数值验证取得了满意的结果．     

基于有限元法的特种液压扳手结构优化分析

运用有限元法进行结构优化设计的基本原理,针对坦克履带液压调整器特种液压扳手主要机件所涉及非线性接触等问题,进行了有限元优化的计算分析与研究,得到了优化的形状与尺寸,结构特性与受力状况得到明显改善。     

含压电材料复合板有限元模型

智能结构由主结构和作为传感元件和执行元件的分布压电材料及控制系统组成，是80年代末至90年代初兴起的一门综合性的高技术交叉学科，在建模、控制、优化等诸方面仍存在许多问题有待进一步研究。本文利用最小势能原理导出了具有压电传感器和执行器弯曲板的有限元方程的一般形式，建立了智能结构有限元静力模型，构造了一种新的压电板单元。最后用实例验证了该模型的正确性，该单元不仅节省计算机内存和计算机机时，而且提高了计算结果的精度。     

不规则地形波散射的混合方法研究

采用了一种波函数级数与有限元相结合的混合方法，研究在半空间或全空间中任意开挖地形或局部不均匀介质在入射地震波作用下的动力反应。用简便的有限元方法模拟包含不均匀介质的近场，均匀无限远场用一系列波函数级数来表示。对于半空间问题，在延伸至无限远表面上强令一些点满足应力自由条件。计算结果与所获得的解析值比较吻合。     

A-?方法在高频电磁场计算中的应用

基于节点的有限元方法具有网格剖分、构造高阶基函数容易的优点。由于在节点上定义场量,节点有限元更适用于多物理问题。但节点有限元方法直接求解电磁场会出现伪解,场量在不均匀介质中不连续等问题。基于节点的A-φ方法可以有效避免传统节点有限元方法存在的问题。本文研究A-φ方法的工程应用,研究开域和闭域问题中如何设置关于矢势和标势函数的边界条件,特别是波导问题和理想导体球的散射问题,讨论了端口边界条件,辐射边界条件的使用方法。对于理想导体边界条件采用了阻抗边界条件,与端口条件配合,克服方程的奇异性。数值卖验比较分析了A-φ法节点有限元和棱边法有限元的计算结果,验证了A-φ法节点有限元的正确性和有效性。