改进的基于特征线理论的流体力学有限元法

通过沿特征线求解动量方程,并运用局部泰勒级数展开对方程的离散进行简化,在传统的基于特征线离散的分裂算法的基础上,推导了一种精确的显式离散方法,详细给出了基于局部泰勒级数展开的特征线离散过程,并推导了有限元控制方程.通过自主研发的空间结构自动分析设计系统(简称AADS)流体模块中的三维算例计算,表明文中的分析是正确的,提出的改进方法具有较高的计算精度.     

一致质量矩阵在向量式有限元中的应用

为研究一致质量矩阵在向量式有限元分析中的应用,采用第二类拉格朗日方程建立向量式有限元的质点运动方程,从能量原理推导了一致质量矩阵、集中质量矩阵和力矩阵,并引入节点位移约束,对两种质量矩阵在杆系结构中的向量化方程及含义作了对比.进一步通过受冲击荷载的无约束杆算例和受突加荷载的平面桁架算例,对比了采用两种质量矩阵的向量式有限元、刚体动力学及ANSYS分析软件得到的动力响应.结果表明:在瞬态动力分析中,采用一致质量矩阵比集中质量矩阵得到的结果更精确.当计算刚体平动时,两种质量矩阵的计算结果接近;而当计算刚体转动时,采用一致质量矩阵的向量式有限元方法具有较好的计算精度和效率,从而验证了一致质量矩阵在向量式有限元中的适用性和精准性.     

利用能量守恒和径向基函数插值的流固耦合界面数据传递方法

根据界面能量守恒原理,将径向基函数(RBF)引入流固耦合分析领域,提出了基予RBF插值的流固耦合界面数据传递方法(RBF/FSI).推导了界面位移传递矩阵,并根据RBF/FSI算法编制了相应的界面信息传递的计算程序.以三维耦合界面的位移信息传递为例,将数值计算结果和解析解进行了对比分析,结果表明,RBF/FSI算法计算效率高,计算结果准确,适合处理复杂耦合界面的流固耦合信息传递.此外,RBF/FSI算法允许CSD(计算结构力学)、CFD(计算流体力学)采用任意网格形式,因此在CSD和CFD计算程序之间可以开发独立的界面信息传递接口程序,很容易实现弱耦合分析.     

新型马鞍形索杆张力结构研究

提出一种基于马鞍面的新型索杆张力结构拓扑,结构整体形态更加稳定.进一步对形态分析中的迭代找力方法进行优化改进,在保证计算精度的前提下提高计算效率.应用改进的迭代找力方法对提出的新型马鞍形索杆张力结构进行了预应力设计.对跨度为36 m的马鞍形索杆张力结构进行静动力性能分析,计算结果显示结构在0.8 kg/m2面荷载作用下...     

基于紧支径向基函数的流固交互作用数据传递

根据界面能量守恒原理,将紧支径向基函数(compactly supported radial basis function,CRBF)引入流固交互作用分析领域,提出了基于CRBF插值的流固交互界面数据传递(CRBF/FSI).推导了界面位移传递矩阵H,并根据CRBF/FSI算法编制了相应的界面信息传递的计算程序.以三维交互界面的位移信息传递为例,将数值计算结果和解析解进行了对比分析,结果表明,CRBF/FSI算法计算效率高,计算结果准确,是一种适合处理大型复杂交互界面的流固信息传递方法,具有良好的工程应用前景.     

引入补偿刚度的流体力学标准伽辽金有限元研究

对一维定常对流扩散方程有限元解的波动问题进行了研究,指出提高单元间形函数一阶导数的连续性是改善有限元解数值波动的有效方法.在标准伽辽金有限元基础上引入考虑补偿刚度的补偿项,即在单元与单元之间的节点上增加一个"不平衡力",形成补偿标准伽辽金有限元格式.针对线性拉格朗日插值和指数型插值分别探讨补偿项中补偿刚度表达式,并对比了补偿有限元解与解析解结果.研究表明,引入补偿项后能提高单元间形函数的连续性,从而明显改善一维对流扩散方程的数值波动.与标准线性拉格朗日插值相比,补偿指数型插值不仅在单元内可精确给出变量的分布,而且单元之间的连续性更好,因而能更好地控制数值波动现象,取得问题较好的数值解.     

考虑不同失效模式的索杆结构构件面积缺损限值研究

索杆结构长期服役过程中的锈蚀会造成构件截面损失,导致结构内力的重新分配,影响结构的安全性能。文中基于可靠度理论与结构极限状态分别建立了构件强度失效、钢索松弛失效及节点变形失效3种失效模式,并得到了不同失效模式临界状态下的可靠度限值控制不等式;通过力学推导,给出了以缺损面积为变量的杆件内力与节点位移变化公式,依据该公式可计算出可靠度限值控制不等式中的影响系数矩阵;引入钢材的锈蚀模型并结合非线性规划,提出了一种确定索杆结构构件面积缺损限值的方法。对一Levy型索穹顶的构件面积缺损限值进行了算例分析,并与规范限值进行对比。结果表明：索杆结构中的多数构件在强度失效与变形失效模式下的面积缺损限值高于耐久性限值,但松弛失效模式下的构件面积缺损限值小于耐久性限值,如按该限值要求对结构进行设计及维护将有可能发生钢索松弛失效;而安全性限值对于钢索构件较为严格,对于钢杆构件则与耐久性限值相同。因此,需综合考虑3种失效模式与规范限值,并按最严格的结果进行控制。     

混合型索穹顶结构参数化构形研究

提出一种具有普适性的索穹顶参数化构形方法．通过分析混合型索穹顶的几何拓扑对结构动力特性的影响，指出混合型索穹顶的设计应遵循“加强短板”的原则，构形参数C中的元素2应尽量布置在靠后位置，并据此对结构的拓扑进行优化．对跨度为71.2 m的实际工程进行了案例模拟分析，结果显示：设计的混合型索穹顶结构在1 kN/m²的均布荷载作用下，最大节点位移小于结构跨度的1/250，结构的前15阶自振频率明显大于对应的Geiger型索穹顶．研究表明：所提出的索穹顶参数化构形方法能够有效得到可行的索穹顶结构，所提出的混合型索穹顶结构具有较好的经济性和良好的力学性能，能够应用在工程实际中．