基于共转法U.L.列式三节点壳元几何非线性有限元分析

以三维连续介质力学和虚功原理为基础,推导出增量U.L.有限元列式,该列式保留了大位移增量刚度矩阵项,通过对该刚度矩阵进行修正可使之成为对称矩阵.根据该增量U.L.列式,文中采用三边形的形函数推导了三维三节点壳元的切线刚度矩阵,并考虑了横向剪切应力的影响.在求解增量方程时,采用CR(Co-rotational)法,将刚体位移从节点位移增量中扣除,得到节点纯变形增量,利用小应变理论计算单元内力.编制了非线性有限元程序,通过算例进行了几何非线性分析,验证该理论的精确性、高效性和通用性.     

悬索结构非线性有限元分析

提出了一种适合于悬索结构空间非线性分析的三节点等参数索单元有限元模型,在三维整体坐标下,由就的定义得到了可以考虑任意高阶位移影响的非线性应变几何关系,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ坐标描述法,并由虚功原理建立了非线性有限无限元增量方程及切线刚度和矩阵,算例计算表明,本文方法可用于各种悬索结构的计算分析。     

建议一个推导大变形变分原理和Jaumann应力速率的新方法

1、虚位移原理 物体大变形平衡方程,如用 Lagrange变量表示,那么将是Kirchhoff方程,即(D·S)· + 所谓虚位移原理是由于平衡方程弱形式得来的,将平衡方程乘以任意位移函数民 并在全域积分,有 是真实位移, 是虚位移,化简后可得大变形虚位移原理 2.总势能驻值原理 在上式中如引入本构关系 , 是应变能函数,那么就有总势能驻值原理 二.虚应力原理 连续介质,位移和应变应满足连续性方程E= 现将该方程也写成弱形式,有 经过运算后可得 S=S0+ S 和S0是真实位移场和应力场,代入上式,略去高阶微量,得虚应力原理方程 4.总余能驻值原理 在虚应力原…     

考虑剪切变形的空间薄壁梁柱单元

基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理,在势能项中引入全部6个应力分量,采用考虑单元剪切变形影响的三次多项式插值函数,详细推导了考虑剪切变形及翘曲的空间薄壁梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵.考虑了结构变形过程中由于力矩空间转动引起的连带弯矩影响,得到了整体的几何刚度矩阵.通过算例证明了该单元的精确性和有效性.     

三维纤维梁单元增量非线性有限元分析

以三维连续体介质力学和虚位移原理为基础,推导了增量更新拉格朗日(UL)列式,此列式中保留了大位移增量刚度矩阵项,并对此刚度矩阵进行修正使其成为对称矩阵.根据增量UL列式,推导出小应变、大位移、大转动三维纤维梁刚度矩阵.该梁单元的刚度矩阵考虑了复合材料非线性、大位移、大转动高度几何非线性.该单元采用平截面假定,忽略剪切变形的影响,以轴线节点的位移表示截面上任意一点位移.根据以上理论编制了分析程序,通过对几个算例分析,证明该方法的精确性、通用性.     

变分渐近梁截面分析方法在叶片分析中的应用

针对非均匀的、初始弯扭的各向异性玻璃钢叶片, 由几何非线性的3维弹性理论导出了常规的有限单元横截面分析公式. 基于旋转张量分解的概念, 得到了由1维广义应变与3维翘曲位移表示的3维应变场. 根据1 维应变, 用变分渐近方法建立翘曲位移, 然后可以得到具有任意几何形状和材料特性的玻璃钢叶片的横截面刚度. 作为应用实例, 计算了1 5 MW变速恒频风力机玻璃叶片截面剪切中心位置分布和截面刚度矩阵.     

基于空间斜梁单元斜梁桥结构计算的有限单元法

斜梁桥结构计算中,由于斜交角而使其更加复杂。吸取梁段单元的思想,将斜交箱梁沿纵向划分为若干斜梁段,在位移分析的基础上,通过正、斜交坐标转换关系,直接建立在斜交坐标系内描述单元空间位移的方法,用势能驻值原理推导斜梁单元刚度矩阵并建立其有限单元列式,利用编制的有限元程序进行斜交结构的分析。结果表明:本文计算简单精度较高。     

薄壁变截面高桥墩的稳定分析

应用里兹法研究了考虑墩身自重的薄壁变截面高桥墩的稳定性.构造满足桥墩位移边界条件的横向位移曲线函数,得到其应变能和荷载势能表达式.基于势能驻值条件求出了薄壁变截面高桥墩的临界荷载解析式,利用该解析式可以方便地求出薄壁变截面高桥墩的临界荷载.与有限元分析得到临界荷载的比较表明,该方法简单可靠.     

大转动三角形平面单元有限元分析的共旋坐标法

基于能显著减小单刚计算量的场一致性原则,遵循标准的共旋坐标法,导出了三角形平面单元在大转动、小应变条件下的单元切线刚度矩阵.利用这一非对称的单元切线刚度矩阵编制程序,运用该程序对悬臂端作用有集中力的平面悬臂梁进行了计算.计算结果表明,所提出的单元切线刚度矩阵列式正确,该单元刚度矩阵虽然不对称,但计算较简单.这在非线性计算中对于减小由于计算机位数限制带来的累积舍入误差和提高迭代的收敛性具有重要意义.     

柔性结构非线性分析的杆单元有限元法

本文根据非线性弹性理论，采用拉格朗日坐标描述法，在三维整体坐标系下，直接根据应变的定义建立了精确应变的非线性几何关系．从而可以考虑任意次高阶位移的影响，得到了轴向应力应变的直接关系，根据虚功原理推导了杆单元非线性有限元增量方程及切线刚度矩阵，利用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法进行了实例计算．结果表明本法精度很高，适合于柔性结构分析、设计时采用．     

热动力学框架内的RPC材料弹塑性各向异性损伤本构建模研究

考虑材料刚度的退化,不可恢复应变,非弹性体胀及单边效应,建立了RPC材料的弹塑性各向异性损伤本构关系.采用有效应力张量的正负分解,拉压不同的塑性硬化法则和拉压不同的损伤演化法则对RPC材料的单边效应进行了建模.采用张量型的损伤变量来描述损伤的各向异性,通过四阶损伤效应张量和应变等效假设建立有效构形和损伤构形中的物理量之间的关系.在热动力学框架内,建立了RPC材料的状态势和耗散势,由状态律给出了与状态变量共轭的热动力学广义力与状态变量之间的关系,由动力律给出了状态变量的演化关系,由塑性加载条件,损伤准则和一致性条件给出了塑性乘子和损伤乘子的大小,最终推导出弹塑性损伤切线刚度张量,为数值方法的实施典定基础,讨论了材料参数确定的方法和模型的局限性,为进一步的工作指明了方向.     

金属基复合材料循环硬化性能细观力学分析

以细观力学的平均场理论为基础，给出一种新的分析金属基复合材料循环硬化性能的增量方法，在每个增量过程中，把基体看作各向异性弹性材料来处理，然后利用Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ平均场理论建立了复合材料应力与应变的增量关系，应用上述方法及基体的混合强化模型，分析了ＳｉＣ／金属基复合材料的循环更化性能，并与献的实验结果进行了比较。     

多电子原子体系Stark效应

首先证明张量展开的一般公式。其次将张量展开的一般公式应用到Ｓｔａｒｋ效应中，计算出电四极矩张量的哈密顿算符的矩阵元，并计算出原子在外电场中能级位移量，计算结果与Ландау曾给出的一种标准的计算方法的结果相一致。     

考虑索端刚臂的斜拉桥空间拉索非线性分析

为解决斜拉桥空间拉索在塔和梁上锚固点的刚性连接计算问题,在基于微分法导出考虑垂度效应的非线性空间杆元切线刚度矩阵的基础上,根据索端刚臂在受力后只有刚体运动而本身不变形的特点,将刚臂视为空间矢量,利用空间矢量有限转动公式及微分方法,导出了结构坐标系下刚臂两端的位移之间和杆端力之间的总量及增量关系.最终获得两端带任意刚臂的斜拉索空间杆元切线刚度矩阵表达式,编制了相应的斜拉桥几何非线性有限元计算程序,对经典桁架算例、带刚臂的三杆空间桁架和施工阶段的斜拉桥进行了空间几何非线性分析.计算结果表明:本文方法能解决斜拉桥空间拉索在塔和梁上锚固点的刚性连接计算问题,为斜拉桥进行几何非线性精细分析提供有力工具.     

带铰平面梁元几何非线性有限元分析

针对梁端带铰的平面梁元几何非线性分析研究较少的情况,通过局部坐标系（随转坐标系）下的即时单元刚度矩阵,再基于结构坐标系与局部坐标系下杆端力及节点位移的总量关系及微分获得的增量关系,获得平面梁单元在大位移、小应变条件下的几何非线性单元切线刚度矩阵。研究结果表明：将局部坐标系下的刚度矩阵建立在即时构形的参数上,更能反映状态变量的变化,在此基础上根据带铰梁端弯矩为0的受力特征,导出了能考虑梁端带铰的单元切线刚度矩阵表达式;通过对带铰的算例进行几何非线性分析,验证了所提出的表达式具有较强的实用价值。     

对偶电磁场理论的能量动量张量

回顾了经典电磁对偶场论的双四维势描述形势,分析了该描述情形下电磁场的能动量张量,最后在四维势的理论框架下推导出电磁对偶广义Lorentz公式.     

构造薄板弯曲单元的新途径

为了简化Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ 薄板弯曲单元的推导过程，提出了一个构造此类单元的新途径——假定曲率第一不变量的方法．证明了单元的能量积分实际上可以分为两项：第一应变不变量的域内积分和边界项的线积分．因此，只要根据单元边界的网线函数确定出第一应变不变量．单元刚度阵也就唯一确定了．给出了一个九参三角形单元的推导过程，显示出本文方法对简化计算的确是十分有效的．     

Cauchy应变公式的几何解释及其应用

本文通过对假想的单位球面上点的微小位移的分析,赋予由 Cauchy 应变公式给出的应变向量以明确的几何意义,从而使小变形应变张量中一向具有不同几何解释的正应变和剪应变分量具有统一的几何解释,并举例说明了它的有效应用.