夹杂尖端奇异性场的新型杂交元分析

提出了一种夹杂尖端邻域杂交元模型,与全域杂交应力元结合,求解夹杂尖端的奇性应力场的数值解. 利用高次内插有限元法求解特征问题, 得到反映夹杂尖端场奇异性状况的特征值和特征角分布函数;利用Hellinger-Reissner 变分原理以及特征问题的解,推导夹杂尖端邻域的单元矩阵.模型只考虑夹杂尖端邻域的边界, 避免了在夹杂尖端划分高密度网格. 采用正方形夹杂作为算例, 数值结果显示了良好的精确性.     

反应堆压力容器的变形和应力分析

反应堆压力容器包括顶盖、加肋管板,壳体(外壳和底部壳体)三部分。本文用有限单元(高次单元)位移法求该结构在机械力和温度场下的变形和应力状态。文中着重对加肋管板的部分用有限单元(高次单元和简单单元)位移法与实验所得的结果进行了比较。本文作者已编成通用程序,并在SIEMENS—7730电子计算机上对不同形式、尺寸、边界条件下的结构进行了多次运算,其结果与有限单元(简单单元)位移法、实验、经典解比较是满意的。该程序能普遍适用于不同类型的机械力和温度场下的板、壳、梁、杆的单类型结构和组合结构。     

复合材料层合板的应力杂交有限元分析

本文根据修正的余能变分原理,构造了一个适合于复合材料纤维层合板特点的矩形应力杂交板弯单元,该单元能够考虑横向剪切变形的影响和局部扭曲效应.在动力分析中,我们选取单元内部位移场与边界位移场相协调.通过计算表明,本文单元具有自由度少,使用方便,计算精度高等特点.     

动力学问题的时域微分求积法

针对动力学问题的线性和非线性问题,提出了一种全新有效的方法——时域微分求积法.本方法直接针对动力学问题的控制微分方程,在时间域采用微分求积法(differential quadrature method),得到求解域中各时间节点处动力响应位移场为全部待定参数的方程组,只需一次求解该方程组即得到全部待定参数,进而得到各节点的动力响应位移场,再由高阶Lagrange插值得到全部求解域内的动力响应位移场,进而依据该响应位移场得到该动力学问题的响应周期.算例结果表明,本方法具有明显优于传统的数值方法(如newmark法和wilsonθ-法)的精度和计算效率,可作为一种有极好研究价值的求解动力学问题的新方法.     

边坡土体稳定性分析的数值流形方法

为了了解边(壁)土体在未经支护前可能出现的变形趋势,采用数值流形方法,通过构造覆盖函数,将块体单元的形心位移与位移权函数有机结合起来,把每一个分割的块体视同为一个流形单元,通过权重函数来确定每一个块体单元在边坡流失时所起的作用即贡献值,依此来解析土体的应力-应变关系;应用弹塑性理论和参变量变分原理,建立了边坡(壁)土体变化趋势的状态方程,并给出了方程的求解过程.结合具体实例研究了地质体的应力-应变变化趋势.研究结果表明:利用块体单元的形心位移及其位移权函数能较好地反映边坡失稳瞬间所发生的应力释放、应力转移和应力重新分配的特征.     

磁电弹材料反平面切口奇性数值分析

磁电弹复合材料具有压电压磁的特点而被用于制作传感器等智能元件,在这些元器件中经常遇到界面端或切口问题,切口处由于易产生较高的奇异场而导致机械失效或电介击穿致使器件失效.本文主要研究磁电弹材料反平面切口的奇性问题.基于切口根部物理场的渐近展开假设,从应力平衡方程和电磁麦克斯韦方程组出发,导出了关于磁电弹材料反平面切口奇性指数的特征微分方程组,并将切口的力电磁学边界条件以及粘接材料的界面协调条件表达为奇性指数和特征角函数的组合.磁电弹材料切口反平面奇性指数的计算被转化为相应边界条件下常微分方程组特征值的求解问题,通过插值矩阵法计算出各阶奇性指数和相应的特征角函数.计算结果能提供减小切口奇性程度的切口角度和材料组合方案,更好地指导磁电弹智能元器件的结构设计.     

基于SBFEM和样条插值的多边形偶应力/应变梯度理论单元

偶应力/应变梯度理论是刻画材料在细观或微观尺度的应变非局部化现象的理论,其基本方程是在传统连续体力学二阶微分方程基础上增加含有材料长度参数的四阶微分方程.偶应力/应变梯度理论有限元的节点参数包含位移的函数值和导数值,并由C0-1和C1增强分片检验要求单元对位移函数满足2次完备性和C0连续.相比三角形和四边形单元,构造具有高阶完备性的多边形单元形状函数更有难度,目前还缺少用于求解偶应力和应变梯度理论的多边形单元的研究.本文采用比例边界有限元方法(SBFEM)和基于离散Kirchhoff理论的多边形薄板样条单元(DKPS)相结合的方法,构造用于求解偶应力/应变梯度理论的多边形单元(SBFEMd3-DKPSd2).分别用SBFEM中环向3次单元和DKPS单元计算单元应变和应变梯度的刚度矩阵,避免了单元形状函数表达式的计算,并满足偶应力/应变梯度理论分片检验的要求.数值算例显示,该单元对凸多边形、非凸多边形和1-irregular退化的网格都有很好的计算精度.     

Ⅲ型应力强度因子分析的Williams单元

基于反平面断裂是工程结构的一类重要断裂类型,利用常规单元或奇异单元分析Ⅲ型裂尖应力强度因子(简记为SIF)时存在诸多困难,首先建立Ⅲ型裂纹裂尖奇异区单元总体位移场的Williams级数表达式,利用普通有限元形函数建立奇异域子单元的局部位移场,然后根据总体场控制局部场的原则,建立裂尖奇异域分析的Williams单元,以直接确定Ⅲ型裂纹裂尖的SIF。在此基础上,研究Williams单元的径向离散因子、离散数和级数项这3个重要参数以及裂纹长度对裂尖SIF的影响,并给出这3个重要参数的建议值。研究结果表明:对于Ⅲ型裂纹应力强度因子,Williams单元具有很高的计算精度和效率。     

功能梯度中厚板切口奇性分析

文章旨在研究功能梯度中厚板中切口尖端的奇性问题。从柱坐标系下平衡方程出发,基于切口尖端位移场的级数渐近展开假设,推导出了关于功能梯度中厚板切口尖端奇性指数的特征微分方程组,并将切口的径向边界条件表达为奇性指数和特征角函数的组合,从而将功能梯度中厚板切口尖端奇性指数的计算转化为相应边界条件下特征常微分方程组的求解问题。该文采用插值矩阵法求解该特征微分方程组,可以一次性地计算出功能梯度中厚板切口的各阶奇性指数和相应的特征角函数,并通过算例验证了文中所提算法是有效的。     

自由振动矩形薄板动力响应的DQ空-时半解析法

对矩形薄板自由振动的动力响应问题提出了DQ半解析法,该方法针对矩形薄板的线性振动控制微分方程,在空间域采用DQ法(differential quadrature method,DQ),在时间域取级数,采用时域配点的方法,得到求解以板各节点动力响应位移场为全部待定参数的线性方程组,只需一次求解该方程组即可得到各节点的动力响应位移场,再由高阶Lagrange插值得到全域内的动力响应位移场.结果表明,该方法具有很好的精度和计算效率.     

奇异热流密度场的数值分析(I)——热传导特征解问题

为得到用于分析奇异热流密度场的高效的有限元列式,针对不同材料中界面裂纹尖端的扇形区域,推导出二维热传导特征解问题的基本方程和边界条件的弱形式.利用特征方程展开方法,可获得分析裂纹尖端处二维热传导特征解的一维有限元列式.该列式只需对扇形区域在角度方向上离散,最后得到一个二次特征根矩阵的总体方程.求解该方程可得到二维热传导问题的特征解.数值计算表明,该方法可高效准确地求解奇异热流密度场特征解.     

奇异热流密度场的数值分析(Ⅰ)——热传导特征解问题

为得到用于分析奇异热流密度场的高效的有限元列式,针对不同材料中界面裂纹尖端的扇形区域,推导出二维热传导特征解问题的基本方程和边界条件的弱形式．利用特征方程展开方法,可获得分析裂纹尖端处二维热传导特征解的一维有限元列式．该列式只需对扇形区域在角度方向上离散,最后得到一个二次特征根矩阵的总体方程．求解该方程可得到二维热传导问题的特征解．数值计算表明,该方法可高效准确地求解奇异热流密度场特征解．     

三维表面半椭圆裂纹应力强度因子计算

该文利用三维表面半椭圆裂纹应力应变场解答在裂纹尖端构造奇异应力元,奇异元外围划分常规的位移元,应用分区混合有限元法计算裂纹尖端不同位置处的应力强度因子。     

重正化群方法在一类奇异摄动边值问题中的应用

用重正化群方法,对一类非线性奇异摄动问题构造了一致有效的渐近展式.在构造渐近展式时,既不需要对摄动序列的结构做特别的假设,也不需要使用渐近匹配,而是直接生成适用于问题的渐近序列.结果表明,用重正化群方法处理奇异摄动问题,比用传统的方法更简单有效.     

橡胶楔体与刚性缺口接触大变形渐近分析

利用高玉臣 (1990 )给出的橡胶材料应变能函数 ,对橡胶楔体和刚性缺口接触问题进行了研究 .得到了接触尖点附近奇异性特征及奇异性指数与材料常数的关系 .对导出的渐近方程进行了数值计算 ,得出尖角附近的变形及应力分布 .     

一种新的求解K因子的位移插值法

介绍了求解应力强度因子(K因子)的一种新型位移插值法，以受均布栽荷作用下的无限大体深埋椭圆裂纹问题，论证了新方法的位移插值基础，研究了两种方法的理论插值误差。理论分析和数值结果均证明，求解K因子的位移插值法的精度高于传统的蜕化奇异等参元法。     

数值外插法求解K因子的插值基础及误差估计

文章介绍了传统的蜕化奇异等参元法和一种新型数值外插法求解裂尖应力强度因子(K因子)的基本过程,讨论了两种方法插值基础的显著区别.结合平面应力裂纹问题对数值外插法的线性插值基础进行了论证.在此基础上,研究了两种方法的理论误差,发现该文提出的数值外插法比传统的蜕化奇异等参元法精度高一阶.并且数值外插法能以一定的方式决定不同裂纹问题的最优的裂尖单元尺寸.     

考虑滑移的钢-混凝土组合梁有限单元法

利用考虑滑移的钢混凝土组合梁单元,建立了考虑滑移的钢混凝土组合梁有限单元法.在粘结剪力和滑移微分控制方程的基础上,建立了关于组合梁单元杆端未知力的力法方程.在力法方程的基础上,给出了组合梁单元的刚度矩阵、杆端位移向量及杆端荷载向量并建立了刚度方程.为验证有限单元法的正确性,对试验梁进行了跨中挠度、沿梁高应变分布及梁端滑移的计算分析.计算结果表明,所建立的考虑滑移的钢混凝土组合梁有限单元法与试验值吻合较好,计算结果可靠.     

Ⅰ型裂纹尖端圆弧对应力强度因子影响的数值研究

应力强度因子表征了裂纹尖端奇异应力场的强度,它是研究裂纹扩展规律和带裂纹构件强度的基础。采用有限元法,对受均布荷载作用存在边缘Ⅰ型裂纹的平面板进行了数值分析。研究了裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响,分别计算了具有不同裂尖圆弧r_0的Ⅰ型裂纹的应力强度因子。采用应力法计算不同半径处的表观应力强度因子,插值到裂尖圆弧而得。根据计算结果,绘制K_Ⅰ-r_0曲线,利用最小二乘法拟合至尖裂纹(r_0=0)即得理想尖裂纹的应力强度因子,与解析解相差仅0.7%。该曲线为带圆弧裂纹的应力强度因子测试和带圆弧裂纹构件强度计算提供了依据。