关于C~0阶三角形单元形函数的讨论

C°阶三角形单元是有限元法中最基本、应用最广泛的单元。本文简要叙述了这种单元形函数的分类和特点,建立了二类单元族形函数的数学表达式,讨论了它们在单元内的分布规律,并给出正确的图形表示。     

利用形函数性质产生直梁单元形函数的方法

利用形函数性质产生直梁单元形函数: 首先利用直梁单元形函数在其余节点上的性质构造在第j 个节点上包含待定常数的形函数表达式, 然后利用该形函数在第j 个节点上的性质, 求得在该节点上的所有形函数, 最后重复上述步骤可得到梁单元其余节点上的形函数. 以3 节点6 自由度直梁单元为例, 阐述了该方法产生形函数的应用, 同时也给出了2 节点6 自由度和2 节点8 自由度直梁单元的形函数. 与传统的方法相比, 该方法求解形函数的工作量显著减少.     

一个推广的USE单元族

本文提出了一个推广的USE单元族(Extensional Universal SerendipityElements 简称为 EUSE)。此单元族不仅能产生具有任意边节点构形(从1次到3次)的2节点到32节点的S族等参元,而且能形成连结三维块元与壳元、三维轴对称块元与轴对称旋转壳元的一系列过渡元。文中给出了它的形状函数及其导数以三个一维基函数表示的一般表达式。此单元族是一个较系统的、完整的、易于编制程序的单元库中的理想单元族。     

US-FE-LSPIM四边形单元的静力和强迫振动分析

US-FE-LSPIM四边形单元由使用不同的形函数作试函数和检验函数而构成。传统的四节点等参形函数作检验函数,用于满足单元内和单元间的位移连续条件。FE-LSPIM四边形单元的形函数作试函数,用于满足所有的位移完备性条件。与FE-LSPIM四边形单元相比,该单元不需要通过使用罚函数法或拉格朗日乘子法使得整段边界满足位移边界条件。应用其分析静力和强迫振动问题。典型算例表明,对于静力和强迫振动问题,该单元在稀疏和畸变的网格时具有较高的精度,优于四边形Q4单元和QM6单元。     

基于位移形函数和力形函数的梁柱单元理论对比研究

基于位移形函数的梁柱单元理论被广泛应用于框架结构梁柱单元的有限元分析,但其计算精度受到位移形函数的限制而难以提高.对比基于位移形函数的相关理论,总结基于力形函数的梁柱单元理论,进行有限元程序编制,计算过程中采用柱面弧长法来进行迭代求解.程序计算结果对比表明,基于力形函数的梁柱单元计算效率和计算精度均高于基于位移形函数的梁柱单元.     

多分辨率四边形板壳单元有限元法

首先基于传统壳单元分节点形函数,通过对形函数关于坐标零点的延拓,形成基本全节点形函数;然后将此全节点形函数伸缩后在单元区域上进行平移,生成基函数系,即多分辨分析的简单而明晰的数学基,同时,该基张成了位移子空间序列,由此建立了带有分辨率常数的理性多辨分析的概念;并在此基础上,进一步构建了多分辨率四边形板壳单元及其有限元法,最后,通过算例验证,可以得到如下结论,传统板壳单元为单分辨率单元,为本文单元的一个特例;由于域内为全节点,所以本文建立的结构计算模型是整体化模型而不是传统的网格碎片化模型;本文的有限元法为理性多辨分析方法,其计算效率高于其他非理性多辨分析方法且可以完全统一其他的非理性多辨分析方法;结构数值分析清晰度的高低是由分辨率的大小决定的而非网格疏密;连续的全节点形函数为传统的节点总刚可由共同节点的单元刚度通过人工叠加组合方式而得到的这种处理方法提供了理论依据.     

C°连续有限元形函数的系统公式

本文给出构造Ｃ°连续有限元形函数的系统方法。通过递推的方式，由低次单元的形函数导出高次单元的形函数，从而使Ｃ°连续有限元形函数的构造过程系统化、程序化。     

带肋板单元及其在构造正交异性板分析中应用

根据构造正交异性板单元的变形和受力特征,提出了一种超级单元:带肋板单元,给出了这种单元的形函数及其单元刚度矩阵。通过一个构造正交异性板的算例分析,将其结果与有限元结果对比,说明了该方法的正确性和适用性。     

两种非常规的板元列式方法

本文给出了非协调板元收敛的三个简单的充分条件,即有限元空间包含分片二次多项式、形函数在单元节点上函数值连续、形函数的法向导数的平均值在两个相邻的单元的交界面上连续。基于这些条件,讨论了两种板元列式方法。数值实验表明新板元对任意网格剖分都较快地收敛。     

轴对称弹性体动力学问题的一种闭合形式的解

本文给出了一种关于轴对称弹性体动力学问题闭合形式的基本解，这种闭合解是利用级数展形的方法和椭圆积分的递推公式导出的，当频率减小到零时，这一动力学基本解就变成了静力学基本解，为确保计算效率，对基本解的计算过程作了仔细的安排，这种闭合解已在扭转问题的边界单元法中得到应用。     

WB法分析结构与声耦合问题

讨论了分析结构与声耦合的WB法.与基于单元的方法相比,结构和声域都不需要划分成小的单元以及在每个单元内采用简单、近似的形函数来求解动力学方程,而是整个域内的场变量(结构的位移或者声压)由精确满足动力学方程齐次部分的波函数和非齐次动力学方程的特解函数组成.波函数的常数系数根据边界条件通过加权余量法得到.讨论了这种方法的数值条件和收敛特性.结果表明WB法比基于单元的方法计算效率更高以及收敛特性更好.     

拟协调曲边旋转壳元

一、前言 旋转壳是近代工程中广泛采用的结构。用有限单元法分析旋转壳的应力问题,在理论上和实用上都占有很重要的地位,受到普遍的重视,国内外都已做了大量的工作。分析旋转壳结构,最理想的单元形状是曲边旋转壳元。这种单元能够合理地描述旋转壳的几何特征和力学性质。但是,构造曲边旋转壳单元的刚体位移模式难以保证,在对称轴(r=0)处出现奇异性,这又直接影响着壳体单元性能的优劣。为此,现有的作法往往是在单元内增设内部自由度、过细地划分网格、采用特殊的应变与位移关系式或特殊的位移形函数,结果是增加了计算工作量和复杂性。往往还…     

一种消除线性独立性问题的单位分解三角形单元

为建立高效的消除线性独立性问题的单位分解有限单元公式,采用多项式基函数用来作局部近似。普通的线性三角形形函数作单位分解函数,提出有限元无网格耦合三角形单元。该三角形单元形函数具有Kronecker delta性质,能够直接施加位移边界条件。数值算例表明,该三角形单元能够消除普通单位分解有限元的线性相关问题,并且具有较高的计算精度,结果优于普通线性三角形单元和线性四边形等参元。     

噪声谱的无量纳特性

应用半球形轴对称头体做了一系列空化噪声实验，得到半球形头体在不同空化数及不同压力下的空化噪声谱。结果表明：头体的空化噪声总声级随空化数而变化，但噪声谱形具有明显的相似形。针对这种相似性，应用无量纳分析方法对噪声谱进行处理，提出了一个噪声声级与空化数的假设，将不同工况下的噪声谱归结到一条曲线上去。该曲线可以作为头体空化噪声谱的特征谱，该特征谱对头体在实际情况下的噪声谱测量具有一定的指导意义。     

用动态有限元法计算加筋板固有频率

采用含有频率变量的形函数代替静态形函数求解结构的振动问题。在Przemieniecki动态有限元概念的基础上,分别构造了Timoshenko梁单元和任意四边形板单元的动态形函数阵并推得其刚度阵和质量法,应用动态有限元法计算加筋板的固有振动频率,结果表明动态有限元法比一般有限元法精度高,更适用于求解结构的动力响应问题。     

有限单元法计算断面有畸变的薄壁箱梁

本文用两种方法建立断面有畸变的任意断面形状任意箱数的薄壁箱梁的单元刚度矩阵和单元荷载矩阵的通式。一是在符氏微分方程组的基础上用加权残数法,另一做法完全不需微分方程,直接由符氏位移的基本假定使用能量法,两者结果完全一样。所得单元刚度矩阵的元素和单元荷载反力矩阵的元素的计算公式适用于任何箱形和任意形函数。在本文的例子中单元的位移函数采用两种。一是三次抛物线,另一是直线。两种计算结果都与精确法接近。     

十二参能量正交矩形板元

用双参数法构造出一个具有能量正交形函数空间的十二参矩形板元,其单元刚度矩阵为对角块:Ke=Kπ+h,其中Kπ只和形函数空间的常应变有关,Kh由高阶模态决定,并证明了该单元关于四阶板问题是收敛的.     

无单元伽辽金法新形函数技术

针对目前以移动最小二乘技术构造的无单元形函数需要大量的求逆运算,且在边界处无过点插值性质而给计算带来了困难的问题,以泰勒展开理论为基础,继承最小移动二乘法的高阶连续性,用Shepard插值实现"移动最小二乘法的由局部到整体区域的移动性"及"有限元法形函数过点插值性",旨在使无单元伽辽金法的形函数在满足高阶连续性的同时具有过点插值的性质,并避免了现有无单元伽辽金法形函数求解繁琐的缺点.     

工程瞬态涡流问题的边界无单元方法求解

以点插值方法构造形函数,推导了一种适合于求解工程电磁场瞬态涡流问题的边界点型无单元方法(BMFM),进行了详细的理论分析．与一般无单元方法以及边界元法构造形函数不同,BMFM对边界积分方程采用点插值法构造空间插值形函数,使空间插值形函数满足KFonecker delta条件,从而强加边界条件可以直接施加在边界点上．以金属长方柱的瞬态涡流分析作为数值算例证实了方法的正确性和有效性．     

有限元复合单元的构造方法研究

传统有限单元法中每一种单元都由单一的材料组成,虽然只考虑一种材料的性质给软件编程带来了极大的方便,但是这比利用复合单元进行建模,需要更多的工作量。为此,笔者提出从4节点矩形单元与2节点线单元的虚功原理出发,运用能量方程,来整合两种不同单元。以VC++作为开发工具,利用等参元的特性,根据逆矩阵形函数构造方法编写平面单元的形函数程序,采用高斯数值积分方法,形成普通单元的单元刚度矩阵。然后根据线单元与面单元的节点位移编号,进行单元刚度的整合,进而得到一种包含面单元和线单元的复合单元。同时,通过对平面矩形单元和平面三角形单元与线单元进行复合,用得到的两种复合单元分别对悬臂梁作用端部集中荷载的简单算例进行位移求解,得到的结果与同等条件下ANSYS计算结果进行对比验证。结果表明:两种情况的计算结果都非常接近,复合单元的构造方法正确、可靠,同时也能够减少单元个数。