岩土结构不确定性热参数随机分析模型

文章将热传导区域材料的导热系数和内热源模拟为随机场而非传统意义上的随机变量,基于随机场局部平均理论,确立了计算参数由点特性过渡到空间平均特性的方差计算方法.采用Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法对稳态随机温度场求解进行了分析,给出了有限元节点温度响应的均值、方差及变异系数的计算公式,根据计算步骤编写了求解稳态随机温度场的Matlab随机有限元计算实施程序.通过算例,考察了随机场参数对结构稳态温度场随机性响应的影响,并与仅将各随机参数视为随机变量的情况进行了对比.     

大型空间结构热-动力学耦合有限元分析

针对大型空间结构的热诱发振动问题,发展了一种热动力学耦合的有限元方法.将结构变形对入射热流的影响进行Taylor展开并略去高阶项,从而得到耦合结构变形的热传导方程,由振型叠加法得到减缩并解耦的动力学方程,然后通过时间积分方法混合迭代求解结构的热动力学响应.对哈勃太空望远镜太阳能帆板的热颤振行为,该方法所得数值解与文献理论解符合得较好.对复杂的空间结构给出了热动力学响应,并发现热动力学耦合效应和热诱发振动稳定性的决定因素是结构参数及加热条件.     

基于随机场正交展开理论的Cell-based随机光滑有限元方法

为解决工程结构中随机参数大变异问题,提出基于正交展开理论的Cell-based随机光滑有限元方法.该方法采用Karhunen-Loève级数将随机场分解为不相关随机变量,再使用混沌多项式将位移随机响应展开,将展开后的随机场及位移响应引入到Cell-based光滑有限元中.详细推导了基于正交展开理论的Cell-based随机光滑有限元平衡方程,进一步给出了结构位移均值与协方差矩阵的计算公式,具有对网格要求低、计算精度高的优点,并对材料特性具有随机性的带孔方板的随机响应问题进行了分析,数值算例结果表明该方法是正确有效的.     

中厚板传递函数法与有限元法的耦合分析

以矩形区域Mindlin板的条形传递函数解为基础,提出了复杂形状中厚板的条形传递函数方法与有限元方法的分区耦合解法,该方法将一块复杂板划分为多个子结构,其中简单矩形子域用传递函数法求解,复杂子域用有限元求解,将两者进行综合,可以得到复杂几何形状和任意边界条件中厚板的条形传递函数解.     

中厚板传递函数法与有限元法的耦合分析

以矩形区域Mindlin板的条形传递函数解为基础，提出了复杂形状中厚板的条形传递函数方法与有限元方法的分区耦合解法，该方法将一块复杂板划分为多个子结构，其中简单矩形子域用传递函数法求解，复杂子域用有限元求解，将两者进行综合，可以得到复杂几何形状和任意边界条件中厚板的条形传递函数解。     

凹形区域上双调和方程的重叠型算法

基于交替迭代思想,本文提出了一种凹形半无界区域上双调和方程的区域分解算法,分析了其收敛性。该算法将求解域分为有界子域与标准的半平面,根据自然边界归化理论,在有界区域内用有限元方法求解,在半平面内用边界元法求解,使得有限元与边界元分别在有界子域与半平面上交替进行。     

非1-1对应时连续型随机变量函数的概率密度

现有的求解连续型随机变量函数的概率密度公式,要求随机自变量X的取值域(或经划分后各子域)与在变换y=g(x)下的值域1-1对应。这个条件是苛刻的,许多变换函数都不满足。文中推出了取消这个条件后,连续型随机变量函数的概率密度求解公式,并进行了应用举例,使得更多的连续型随机变量函数的概率密度得以求解。     

用几何法求构件的可靠指标

本文所介绍的计算结构可靠指标的几何法既适用于随机变量为正态分布、对数正态分布及极值Ⅰ型等分布情况,也适用于基本随机变量相关的情况.该法将各种分布的随机变量转化成标准正态变量,然后用迭代法求解.几何法与过去常用求可靠指标的一次二阶矩法相比,具有迭代次数少、收敛快、精度高的优点,并在计算出可靠指标的同时,求出设计验算点值.当进一步研究随机有限元和结构系统的可靠度时,需对结构反复进行分析,有时需多次求可靠指标,这时,用几何法求解将更合适.     

结构初始损伤识别的随机弹性模量

为进一步借助环境激励条件识别结构损伤,导出了求解未损伤结构与损伤结构随机弹性模量的方程.该方法从特征值问题出发,视泊松比参数、弹性模量参数分别为常量与随机变量,并结合结构的有限单元模型以及实测数据.通过引入结构单元损伤因子,对结构的初始损伤进行识别.该方法既可精确评价结构的初始损伤程度,也可初步估计初始损伤的位置,为结构损伤自动识别技术的实际工程应用提供了理论基础.     

基于分形理论及蒙特卡罗法的电主轴热特性分析

为了在设计阶段解决高速主轴在实际加工中因温升过高而突然失效问题,构建了主轴热-结构耦合有限元瞬态分析模型.提出了基于接触角迭代法的滚动轴承生热功率求解方法,利用电动机效率分析法求解其生热功率.引入分形理论与蒙特卡罗方法计算结合面间接触热导,有效避免了统计学方法的不准确性与实验法通用性不强的缺陷.由雷诺数判定冷却液流动状态,并依据努赛尔数计算出主轴不同部件的对流换热系数.将上述边界条件施加到有限元模型中,对主轴温度场与热变形进行仿真.结果表明,高速主轴热特性建模方法正确,并能准确预测主轴温度场分布和热变形.     

某航天机构加载驱动部件热变形分析

针对某航天机构加载驱动部件提出了一种热变形分析计算方法.利用MARC软件建立了加载驱动部件的有限元模型,通过瞬态传热分析计算出该系统随时间变化的温度场及其他热参数.分别提取10,20,30 min时的加载驱动部件内部温度分布情况,生成温度场文件,并以此作为热载荷进一步求解出各时刻加载驱动部件内的热应力和变形值.分析所得结果可以用作进一步修改和优化航天机构加载驱动部件设计的依据.     

孔状结构的六面体网格生成方法

针对孔状结构间由于边界曲率变化造成的网格划分困难,提出一种基于映射法的六面体网格划分方法.该方法首先将子域特征投射到统一源面下,对孔状结构进行包络处理并将各子域进行有效连接,然后通过设定子域边界方向找出贯穿路径,计算各子域边界间隔,最后结合超限映射算法实现全六面体有限元网格的划分.实验证明:该方法稳定、可靠,生成的六面体网格质量较高,能够解决不同孔状结构的网格相容问题.     

一种随机有限元新方法

本文介绍一种用于结构可靠度分析随机有限元新方法，该法把描述结构系统的随机变量用Ｋａｒｈｕｎｅｎ－Ｌｏｅｖｅ展开式展开，结合Ｎｅｕｍａｎｎ法，计算出结构的响应变量的各阶统计矩，然后根据最大熵原理，拟合出随机响应变量的概率分布，并进一步求出结构在相应状态下的失效概率。该方法与其它方法比较有收敛快、精度高的优点。     

基于概率的工程结构动力响应分析

研究了结构动力响应的概率分析方法,推导了结构物理参数和作用荷载幅值同时具有随机性时结构动力响应随机变量的数字特征的计算表达式,提出了随机荷载激励下随机参数结构动力响应分析的求解方法.     

机械结构随机响应统计矩的计算方法

提出了一种计算具有不确定参数(随机载荷、材料、几何尺寸)的机械结构随机响应统计矩的实用方法.采用Chebyshev多项式节点划分基本随机变量水平,开展实验设计.利用Chebyshev多项式拟合机械结构随机响应与基本随机变量的函数关系,使用降维积分技术求解机械结构随机响应的概率统计矩.数字算例表明所提方法具有较高的计算效率和求解精度,通用性强,可以用于复杂机械结构随机响应的概率分析中.     

结构参数变异对框剪地震响应的影响

以随机有限元理论为基础,将框剪结构的刚度、质量、阻尼等结构参数为随机变量,通过求解随机有限元的递推方程,得到框剪结构各层的地震动力响应均值和标准差历时曲线,分析结构参数单独变异,以及同时变异对框剪结构地震响应的影响,研究结果表明,对框剪结构而言,结构参数的变异对响应的均值变化影响都不大,主要是增大响应的标准差,刚度的变异性将引起框剪结构的响应发生大幅度变异,质量的变异性影响稍小,阻尼的变异性影响不     

梯度功能材料薄壳动态热挠度的Laplace变换有限元分析

采用Laplace变换有限元法分析了梯度功能材料薄壳结构的热冲击挠度。首先从控制方程出发,推导出梯度功能材料热冲击问题的泛函及变分原理;然后对梯度功能材料薄壳的热冲击问题推导出有限元方程;利用Laplace变换引入初值条件后推导出拉氏域上的有限元计算公式,经求解后再通过Laplace数值逆变换求得时间域上各给定时刻的解答。计算实例证明了该方法的有效性,其计算结果可供工程设计参考。     

空间结构热-动力学耦合系统稳定性的有限元分析

针对在轨航天器柔性附件的热-动力学耦合系统,提出了一种稳定性分析有限元方法。该系统的状态方程既包括考虑辐射换热且耦合了结构变形的非线性瞬态热传导方程,也包括与瞬态温度场相联系的结构动力学方程。由于结构变形对于受热条件的耦合影响以及辐射换热的存在,该系统具有高度非线性。借助于非线性振动理论,给出了系统热诱发振动的稳定性准则。针对不同的结构,可以计算出不同的运动稳定边界,该边界将参数空间分成了稳定区域和不稳定区域。对哈勃太空望远镜太阳帆板进行了稳定性分析,该方法所得数值解与文献结果一致。对更为复杂的卫星天线,用该方法给出其发生热颤振的参数条件,探讨了结构参数、加热条件对其热-动力学耦合系统稳定性的影响。     

基于随机摄动法的可靠性灵敏度计算的修正公式

为了更好地解决工程实际中的非线性系统的可靠性求解问题,基于可靠性设计的随机摄动法,将可靠性设计理论和灵敏度分析方法相结合,对具有正态分布随机参数的可靠性灵敏度计算方法进行了修正,使其更加适用于工程实际中的非线性结构系统.编制了参数化的计算机程序,得到了结构可靠度随基本随机变量均值的变化曲线,并结合数值算例证明了针对强非线性的极限状态方程,运用修正后的方法使结构的可靠度对基本随机变量均值灵敏度的计算精度得到了明显的提高,为工程实际提供了更加精准的理论依据.     

基于模态参数与改进萤火虫算法的结构模型修正

：为尽可能提高结构模型修正的准确性和有效性,提出一种基于模态参数和改进萤火虫算法的有限元模型修正方法. 该方法基于结构模态参数构造目标函数,使用本文提出的改进萤火虫算法进行优化求解,并通过桁架模型数值仿真将改进算法同原始萤火虫算法、遗传算法和粒子群算法进行对比,结果显示：使用改进的萤火虫算法得到的最优解更接近实际值,且离散性低,验证了改进算法求解的准确性和优越性. 最后通过六自由度剪切框架损伤识别模型试验验证了该方法在求解结构有限元模型修正问题上的准确性和有效性.