几类典型网格下三维弹性问题的代数多层网格法

有限元方法是数值求解三维弹性问题的一类重要的离散化方法.在有限元分析中,网格的几何形状及网格质量会对有限元离散代数系统的求解产生很大影响.该文系统研究了几类典型网格对几种常用AMG法计算效率的影响,并进行了详细的性能测试与比较.利用容易获知的部分几何与分析信息(如方程类型,节点自由度信息),再结合经典AMG法中的网格粗...     

二维有限元线法自适应分析的若干新进展

有限元线法(FEMOL)是一种优良的半解析、半离散方法,将其比拟为广义一维问题,遂可将一维有限元中十分成功的单元能量投影(EEP)超收敛算法以及基于该法的自适应求解方法推广到二维有限元线法分析中,至今已在二维Poisson方程和弹性力学平面问题中取得了令人满意的进展.该文旨在报道这些进展和成果.该文简要介绍了线法的EE...     

面外支撑非均匀布置的 箱型与圆管截面拱平面外弹性屈曲

在面外设置离散支撑,是建筑与桥梁工程设计中提高钢拱面外稳定性采用的有效措施。该文研究了面外支撑沿拱轴线非均匀布置时,箱型与圆管截面两铰拱的平面外弹性屈曲性能。该文首先将拱段间的相互约束作用等效为拱段两端的约束弹簧,采用数值拟合法获得了被约束拱段的平面外弹性屈曲荷载;此后借鉴压弯直构件端部弯矩与转角关系,提出了支撑间拱段的相互约束作用计算方法,并由此得到了面外支撑非均匀布置时,钢拱的平面外弹性屈曲荷载迭代计算步骤。根据该文提出的方法所获得的离散支撑钢拱的平面外弹性屈曲荷载与有限元计算结果吻合较好。     

具有最佳超收敛阶的EEP法计算格式:I算法公式

对一维C0问题的高次有限元后处理中超收敛计算的EEP(单元能量投影)法提出改进的最佳超收敛计算格式,即用m次单元对足够光滑问题的有限元解答,采用该格式计算的任意一点的位移和应力都可以达到h2m阶的最佳超收敛结果.整个工作分为3个部分,分别给出算法公式、数值算例和数学证明.该文是系列工作的第一部分,针对高次单元提出了凝聚形函数的概念,并证明了相关的逼近定理和等价定理,在此基础上给出了具体的算法公式.     

假设位移拟协调平面单元应变离散算法研究

应变-位移方程的弱化和离散是拟协调有限元列式中的一个基本问题,也是假设应变有限元方法的一个重要问题。该文通过研究拟协调有限元中的平面单元列式,考察了不同应变离散算法下单元的性能。通过理论分析和数值实验,证明了对同一个应变项的计算可以选择不同的应变-位移式进行计算,应变-位移式的选择并不影响所构造单元的收敛性。该文结果解决了拟协调有限元的一个基础问题,可以指导拟协调有限元的列式,也为一般的弹性力学数值分析中应变-位移方程的处理提供依据。     

有限元线法EEP超收敛计算简约格式的再简约

有限元线法(FEMOL)是一种优良的半解析、半离散方法。为提高离散方向的精度,一维有限元中超收敛计算的单元能量投影(EEP)法,已成功地应用于有限元线法,导出一套简约格式的计算公式,该简约格式对位移及其导数都能给出比有限元线法解高出一阶的超收敛精度。该文对这套简约格式做进一步分析,发现其中的导数计算公式可以进一步简化,遂得到更加简约的导数计算公式。数值试验验证了该文方法的有效性。     

具有最佳超收敛阶的EEP法计算格式:Ⅱ数值算例

对一维C0问题的高次有限元后处理中超收敛计算的EEP(单元能量投影)法提出改进的最佳超收敛计算格式,即用m次单元对足够光滑问题的有限元解答,采用该格式计算的任意一点的位移和应力都可以达到h2m阶的最佳超收敛结果。整个工作分为3个部分,分别给出算法公式、数值算例和数学证明。该文是系列工作的第二部分,给出实施算法和数值算例,用以验证理论公式的有效性和正确性。     

具有最佳超收敛阶的EEP法计算格式:Ⅲ数学证明

对一维C0问题的高次有限元后处理中超收敛计算的EEP(单元能量投影)法提出改进的最佳超收敛计算格式,即用m次单元对足够光滑问题的有限元解答,采用该格式计算的任一点的位移和应力都可以达到h2m阶的最佳超收敛结果。整个工作分为3个部分,分别给出算法公式、数值算例和数学证明。该文是系列工作的第三部分,对所提出的最佳的EEP超收敛格式给出数学证明。     

多集中质量离散固支弹性板基波频率解析

针对含集中质量的离散固支弹性板基波频率的求解问题,采用小挠度弹性板变形理论与Rayleigh-Ritz能量法,建立含多集中质量弹性板的振动能量方程及其模态方程。结合弹性板的离散点固支边界条件,完成离散固支弹性板的基波振型函数的解析描述,并利用能量极值法,完成随着集中质量大小与位置变化的离散固支弹性板基波振型函数插值系数及其基波频率的解析。以不含集中质量离散固支弹性板为特例求解,与有限元分析计算结果相比对,验证求解离散固支弹性板基波频率方法的可行性。此外,以含两个集中质量的矩形弹性板为计算实例,完成了集中质量大小以及位置变化的基波振型函数插值系数k及其振型函数、基波频率f的曲面描述与分析。上述解析分析方法可为工程电路板PCB的动态设计提供了可行的理论分析方法。     

弹性地基板的无界边界元—有限元耦合计算法

本文应用无界边界元－有限元耦合法对弹性地基上的薄板进行了计算。弹性薄板采用有限元离散，弹性半无限地基应用边界元离散，并应用无界边界元模拟半无限体表面的无限性，通过板与基础接触面位移和力的协调性（光滑接触），建立了弹性地基和板的综合算式。计算结果表明，本文方法具有工作量少、精度高等优点，非常适合于机场道面工程及其它基础工程。     

二维有限元线法超收敛解答计算的EEP法

有限元线法(FEMOL)是一种优良的半解析、半离散方法,但其解答存在解析方向和离散方向的精度不相称的弱点。本文提出将二维有限元线法比拟为广义一维问题的概念,遂可将新近提出的一维有限元超收敛计算的单元能量投影(EEP)法推广到二维有限元线法分析中。经有限元线法后处理中EEP超收敛计算而获得的解答,继承和保留了一维有限元中的出色表现,不但使任意一点的位移和应力的解答在两个方向具有相当的精度,而且都具有超收敛性质。文中以二维Poisson方程问题为例,具体给出了有限元线法EEP超收敛的公式,并给出了数值算例,用以表明本法的可行性和有效性。     

有限元法求解广义热弹耦合一维热冲击问题

为了避免积分变换方法在求解Lord-Shulman(L-S)型广义热弹性耦合问题时由于数值反变换所引起的计算精度降低的问题,该文应用直接有限元方法,求解了基于L-S型广义热弹性理论的窄条薄板受热冲击作用的动态响应问题,结果表明,该方法对求解L-S型广义热弹性耦合的一维问题具有很高的精度。该文给出了L-S型广义热弹性理论下的热弹耦合的控制方程,建立了L-S型的广义热弹性问题的虚位移原理,推导得到了相应的有限元方程。计算得到了窄条薄板中无量纲温度、无量纲位移及无量纲应力的分布规律,从温度分布图上可以清晰地观察到热波波前的特有属性,即热波波前处存在明显的温度梯度的突变。     

非均匀弹簧界面模型下柱形夹杂物对弹性波的散射

利用波函数展开法研究了非均匀弹簧界面模型(弹簧系数沿周向非均匀分布)下单个柱形夹杂物对弹性波的散射问题。在弹簧界面模型中,当弹簧系数沿周向分布均匀时,可利用波函数的正交性简化边界条件;当弹簧系数沿周向分布不均匀时,不能利用波函数的正交性简化边界条件。该文研究了这一问题,通过沿周向的离散化将弹性波散射的边界条件归结为一个超定线性代数方程组。针对Ge-Al纤维增强复合材料数值计算了散射截面和远场散射幅。特别地,通过适当选取弹簧常数的周向分布处理了含裂纹界面的弹性波散射问题,数值计算了裂纹张开位移和错开位移。     

基于解析试函数有限单元法的研究进展

基于解析试函数的有限单元法是一种将有限单元的离散法与解析法成果有机融合的方法,在有限单元理论的几个传统问题中取得了一些进展。该文介绍近几年该类方法在克服剪切闭锁以及消除网格畸变对单元性能影响等方面的研究进展;通过运用含应力函数变分原理,得到了一类不受网格畸变影响的高次精度精确单元;利用特征微分方程解法,给出了一个在弹性力学问题中构造独立完备解析试函数的通用方法。     

弹性力学问题自适应有限元及其局部多重网格法

针对平面弹性力学问题,利用最新顶点二分法,设计了一种不需要标记振荡项和加密单元不需要满足“内节点”性质的自适应有限元法;利用自适应加密过程中每层网格上只有局部单元需要加密这一特性,设计了一种基于局部松弛的多重网格法.数值实验结果表明:该文设计的自适应有限元法具有一致收敛性和拟最优计算复杂度,基于局部松弛的多重网格法对求解弹性力学问题自适应网格下的有限元方程具有很好的计算效率和鲁棒性.     

具有最佳超收敛阶的Galerkin有限元EEP法计算格式

对二阶非自伴问题的一维Galerkin有限元法提出其后处理超收敛计算的EEP(单元能量投影)法改进的最佳超收敛计算格式,即用m次单元对足够光滑问题的Galerkin有限元解答,采用该格式计算的任一点的位移和应力都可以达到h2m阶的最佳超收敛结果。该文首先针对高次单元提出了凝聚试探形函数和凝聚检验形函数的概念,证明了相关的逼近定理和等价定理,然后给出了具体的算法公式。最后给出了一系列典型的数值算例用以验证这种最新的EEP法改进格式确实能够使位移和导数逐点达到最佳收敛阶。     

一维Ritz有限元超收敛计算的EEP法简约格式的误差估计

该文对一维问题Ritz有限元后处理超收敛计算的EEP(单元能量投影)法简约格式给出误差估计的数学证明,即对足够光滑问题的(>1)次单元的有限元解答,采用EEP法简约格式计算得到的单元内任一点位移和应力(导数)超收敛解均可以达到的收敛阶,即位移比常规有限元解的收敛阶至少高一阶,而应力则至少高二阶。     

二维接触问题的变形混合求解方法

提出一种接触问题的变形混合求解方法。根据接触应力的Ｈｅｒｔｚ分布，按照一定的离菜度，计算出接触宽度方向上的等效离散分布载荷，运用有限元分析软件建模、计算，可较精确地求出变形结果。该方法综合应用弹性力学方法和有限元分析软件，具有精度高和使用方便的特点。     

考虑热松弛的热弹耦合二维问题的有限元法

为了解决利用积分变换方法在求解Lord-Shulman（L-S）型广义热弹性耦合二维问题时由于数值反变换所引起的计算精度降低的问题,该文采用新近被应用的直接有限元方法,求解了基于L-S型广义热弹性理论的半无限大体受热冲击作用的动态响应问题,结果表明,该方法对求解L-S型广义热弹性耦合二维问题具有很高的精度。该文给出了L...     

一种计算功能梯度材料杆与轴弹性模量的方法

介绍一种功能梯度材料杆和轴的弹性模量E和剪切模量G的测定方法,考虑弹性模量E和剪切模量G为杆和轴长度方向的函数,将杆和轴离散化。在保证离散化后的单元满足平衡方程的条件下,分别建立单元节点处的弹性摸量E和位移、剪切模量G和转角的关系。此关系表明,当单元节点处的位移和转角被分别测定后,可得到离散分布的弹性摸量E和剪切模量G。数字仿真时假设弹性模量E和剪切模量G为沿长度方向的指数函数,用有限元软件计算了单元节点处的位移和转角。用这些位移和转角反过来计算得出的离散弹性摸量和剪切模量和假设的指数函数值的误差是可以控制在一定范围的。