奇异点弧线处理方法及其应用

在入口端剪切面附近采用弧线圆滑过渡来处理刚塑性有限元求解板材轧制过程的第一类奇异点,开发了二维刚塑性有限元求解程序.依据实际轧制数据对速度场、轧制力、迭代步数及收敛性能进行了求解分析.结果表明:传统方法和弧线法计算的轧制力和实测值吻合良好,计算误差小于10%;弧线法能够反映奇异点附近的速度变化,较好抑制了奇异性产生;相比传统方法,弧线法平均迭代步数减少约26%,稳定性提高约55%,有利于在线快速稳定求解.     

万能孔型中带张力轧制H型钢的研究

本文对万能孔型中带张力轧制H型钢进行了理论分析和实验研究,理论分析采用刚塑性有限元中的可压缩法;总泛函中考虑了张力功率和速度不连续面上的剪切功率;迭代求解时采用黄金分割法沿牛顿方向上进行一维搜索,加快了计算的收敛速度,理论计算得到的宽展,前滑、平均单位压力、轧制力矩等参数均与实验结果符合较好。     

刚塑性有限元求解板带轧制过程的初速度场

用可压缩刚塑性有限元法,通过自行开发的计算程序对板带轧制过程进行了二维非线性求解.在保证计算精度的情况下,以缩短计算时间为目标,研究了初等方法、G函数法和改进细化网格法设定初速度场对计算时间和计算结果的影响.结果表明:轧制力计算结果和实测值吻合良好,满足精度要求;初等方法、G函数法和改进细化网格法的计算结果相对误差不超过3%,初速度场设定对轧制力求解影响较小;G函数法和改进细化网格法相对初等方法迭代步数较少,由于需要求解方程组,G函数法设定初速度场计算时间最长;改进细化网格法在保证计算精度情况下,减少了迭代步数,缩短了计算时间,提高了计算效率和求解稳定性.     

异步轧制的刚塑性有限元分析

异步轧制与传统的轧制方法不同。它是通过上辊慢速和下辊快速的线速度差值来实现的。异步轧制的主要优点是降低轧制力和能量损耗。本文是利用平面应变刚塑性有限元法对异步轧制过程进行结构的变形分析。 计算条件取自文献中的试验条件，因此计算结果可以用试验数据相比较。由多种条件的数值分析来讨论搓轧区和差速比对轧制力、轧制力矩的影响。 计算结果符合实测的结果，可以认为刚塑性有限元法也是解决异步轧制的一种有效工具。     

时频域交互法在微滑移干摩擦阻尼叶片振动分析中的应用

为准确揭示叶片阻尼系统的动力学特征,首次引入融合时域法(描述非线性力的准确性)和频域法(求解线性系统的高效性)为一体的时频域交互法,对基于微滑移摩擦模型的凸肩阻尼结构叶片系统进行了动力响应分析,并与时域法、频域法的计算结果做了比较.计算结果显示:在一定的参数条件下,时频域交互法的计算时间与一阶谐波平衡法相近,仅相当于四阶Runge-kutta法的1/10,相对误差值却不到一阶谐波平衡法的1/2,且保持稳定.研究表明:时频域交互法对于计算微滑移干摩擦阻尼叶片振动响应具有可用性,该方法克服了一阶谐波平衡法无法将微滑移模型的准确性体现在动力学分析中的不足,而且计算效率高.     

模拟平板轧制的新方法——无网格伽辽金法

将一种新的数值方法无网格伽辽金法(EFGM)用于刚塑性可压缩材料稳态轧制过程的模拟,由于形函数不满足插值条件,采用罚函数法满足本质边界条件;为提高精度,选用矩形影响域的张量积核函数;利用有限元背景网格作为积分单元,对求解域内和边界上采用不同的高斯积分方案·数值计算结果与刚塑性有限元的计算结果和文献中的实验数据吻合较好,说明无网格伽辽金法用于刚塑性可压缩材料轧制过程的可行性和正确性·     

具有动态接触边界自动识别功能的刚(粘)塑性无网格RKPM法

将刚(粘)塑性流动理论与再生核质点法(RKPM)相结合,提出了基于刚(粘)塑性不可压缩材料的无网格RKPM法.分别采用边界奇异权法和修正的罚函数法处理本质边界条件和体积不可压缩条件,根据刚(粘)塑性材料的不完全广义变分原理,推导了金属塑性成形过程无网格RKPM法数值模拟的刚度方程.将动态接触边界自动识别技术引入无网格法.最后,对金属塑性成形过程进行了数值模拟,并将模拟结果与刚塑性有限元商品软件Deform2D及实验结果作了比较.无网格RKPM法计算结果与有限元结果和实验结果均吻合良好,表明了该方法的正确性.     

求解P_0-NCP的一个光滑阻尼高斯牛顿法

基于光滑对称扰动的min-函数(φ(a,b)=min{a,b}),提出了求解P0-函数非线性互补问题(简记为P0-NCP)的一个光滑阻尼高斯牛顿法.在较弱的条件下,证明了算法的全局收敛性.     

1.5维刚塑性有限元快速求解板带轧制过程

为提高有限元计算效率,实现其在线应用,从减少未知数和自由度个数出发,推导了1.5维有限元的形函数、B矩阵和Hessian矩阵,建立了板带轧制过程1.5维刚塑性有限元快速求解模型,并利用FORTRAN语言开发求解程序RF-1.5D.针对某钢厂典型精轧过程,对轧制力、计算迭代次数和计算时间进行了求解分析.结果显示:轧制力计算值与实测值吻合良好,计算误差小于10%,计算精度令人满意;1.5维有限元求解单道次轧制过程迭代步数少于35次,计算时间少于100 ms,相比2维单元,每迭代步耗费的计算时间明显减少,提高了计算效率.可见,1.5维有限元的计算精度和计算时间满足在线应用的初步要求.     

轧制问题的有限单元法解

本文在平面应变条件下,假设轧件为应变硬化的刚塑性体,轧辊为不变形的刚体,轧辊与轧件之间的接触摩擦条件为粘着,即轧辊与轧件之间无相对滑动。用刚塑性有限单元法计算了平板轧制过程的单位压力,金属流动速度和应变、应力分布等,并对接触弧长、刚塑性交界面、前滑系数和中性角等的确定提出新的看法。 有限单元法计算程序是以刚塑性广义变分原理为基础,采用八节点曲边四边形等参单元。根据在四辊轧机上轧制铝板的实测数据,对计算结果进行验证。     

基于响应面法和麻雀搜索算法的结构有限元模型修正

为了获取准确可靠的结构有限元模型,提供结构运营期间健康监测和状态再分析的基准参照,提出了一种基于响应面法(response surface method,RSM)和麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)的结构有限元模型修正方法.首先,基于响应面法,采用拉丁超立方设计方法进行试验设计获取样本点,以简单低阶数学模型代替特征量与参数间复杂的映射关系,构造结构宏观响应与各参数的解析表达式,基于逐步回归分析进行基函数显著性检验,运用方差理论检验模型精度获取最优响应面模型,并联合结构动力响应残差和构造目标函数;其次,基于麻雀搜索算法,对目标函数进行优化求解得到各参数最优解,代入初始有限元模型中,实现对初始有限元模型的修正;最后,基于RSM-SSA有限元模型修正方法对高维局部损伤悬臂梁数值模型实施修正,验证所提方法的可靠性和可行性,并与基于其他新兴群智能优化算法的有限元模型修正结果进行对比.结果 表明:采用该方法修正的参数和频率误差均值分别为6.549％、0.279％,修正效率和精度较其他算法有显著提升,修正后的有限元模型具有较高的精度,可真实反映结构实际力学行为.该方法为结构有限元模型修正提供一种新思路.     

立辊锥角对H型钢翼缘宽展和轧制力的影响

采用三维弹塑性有限元法模拟了不同立辊锥角的H型钢万能轧制过程，分析了立辊锥角大小对翼缘宽展和轧制力的影响。以工业纯铅为材料，采用在试件断面划分网格的方法，在燕山大学H型钢三机架连轧机组上进行了实验研究，验证了数值模拟结果的正确性。     

基于实码遗传算法的河流水质模型的参数估计

针对理想条件下采用解析法往往导致水质参数估计较大误差的问题,以及针对含有多参数的二维水质模型的参数估计问题,具体介绍了采用有限单元法和实码遗传算法求解二维水质模型未知参数的基本步骤,对水质参数(包括纵向、横向弥散系数和衰减系数)分别进行编码,通过计算机模拟浓度输出,并与实测值比较从而得出最优的水质参数估计值．算例表明,采用有限单元法-遗传算法估计河流水质模型的参数是可行的．     

基面力的概念在势能原理有限元中的应用

为了改进传统的势能原理有限元方法,利用高玉臣(2003)的单元刚度矩阵精确表达式,给出了一种基于基面力概念的势能原理有限元计算方法和相应的积分显示有限元列式,利用MATLAB计算机语言编制出基面力有限元计算程序,针对几个典型的平面弹性理论问题进行数值研究.结果表明,数值解与理论解相吻合.     

弹性波动方程数值解的有限元并行算法

在求解弹性波动方程中，有限元法的高内存量和巨大运算量的需求在基于单CPU串行算法中一直难于满足，制约其优势的发挥。根据有限元法的“化整为零、集零为整”的基本思想与并行处理技术的“分而治之”的原则基本一致，采用基于多CPU的并行算法，从有限元参数矩阵计算和线性方程组求解两个方面人手，把求解区域分到多个CPU上并行计算参数矩阵，对线性方程组采用循环块三对角线方程组进行并行求解。对比了不同大小空间和不同CPU个数下的加速比，证实了多CPU的并行算法能够克服基于单CPU串行算法的物理限制，满足了有限元法的巨大空间量和运算量的需求。此算法具有理论上的正确性和实践上的可行性。     

用子结构法解一维杆与结构的接触-冲击问题

本文用子结构法分析了一维杆与结构的接触-冲击问题。该法将接触-冲击的两物体视为两个有限元系统,建立各自的运动方程,然后按接触点处的位移、速度、加速度及接触力相容条件进行迭代计算,得到收敛的解。文中用该法计算了经典的两杆冲击问题,结果与精确解甚符。最后讨论了几个参数对杆与结构接触-冲击的影响。     

基于影响函数法的复杂辊系有载辊缝模型优化

精确的板形控制理论对提高板带轧制质量有重要意义,而辊缝的高效预测是板形控制理论的重要内容.针对复杂辊系的辊缝在线计算问题,给出一种高效的计算方法.该方法以在简单辊系中成熟应用的影响函数法为基础,结合有限元法中建立刚度矩阵思想,并通过矩阵迭代方式求解矩阵来预测辊缝.通过对辊间接触压力向量Ψ的前置处理,实现了高效的初值预设,新型预测模型的求解速度与精度进一步提高.将该预测方法与有限元法对比分析,发现该方法计算时间大大少于有限元法,但精度与有限元法相近,最大误差仅为1.6%,满足在线计算时的要求.     

基于非支配排序遗传算法的塔机有限元模型修正

为了建立一个能准确反映结构实际状态的有限元模型,提出了一种基于非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的有限元模型修正方法.首先建立初始有限元模型,基于二次响应面法,得到有效的响应面替代模型,然后采用NSGA-Ⅱ对该模型进行修正,最终建立了满足工程精度要求的可靠的有限元模型.给出了某型塔机有限元模型修正的工程算例,将修正后的计算结果与实测数据相比较,说明了基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法对于有限元模型修正具有理想的效果,修正后的有限元模型能准确反映结构力学特性.     

空间悬链线索单元的非线性有限元分析

根据弹性悬链线的理论解析解推导出适用于索结构有限元分析的空间悬链线单元,得到了两节点索单元的切线刚度矩阵和索端张力的精确表达式。采用索单元等效节点荷载的全量算法,通过Newdon-rapson双重迭代法实现非线性问题的求解。所提出的基于空间悬链线单元的半解析非线性有限元分析方法可充分考虑几何非线性的影响,实现对任意方向空间荷载下索的初始位形和内力分析。算例表明,该计算方法精确有效。     

楔横轧反楔堆轧改善空心零件过渡轴肩的壁厚减薄

楔横轧随形轧制空心零件在过渡轴肩位置会产生壁厚减薄,降低零件的力学强度,改善轴肩的壁厚状况是必须解决的问题。本文基于有限元模拟方法,揭示空心零件成形时壁厚减薄的产生原因,提出采用楔横轧反楔堆轧改善轴肩壁厚的成形方法,分析反楔堆轧增加轴肩壁厚的主要影响因素,从而获得轴肩壁厚增厚的成形方法和最佳条件,实现了楔横轧随形轧制空心零件轴肩位置的显著增厚。通过轧制试验,验证了有限元模拟分析模型的可靠性。