平面强化有限单元法的h型网格自适应

自适应有限元中的单元细划会不可避免地引入非规则节点,针对非规则节点的多点约束处理方法存在自由度多、数值稳定性差等缺点,根据强化有限单元法（FEM++）中数学网格和物理网格分离的特点,构造一种能够统一处理任意阶非规则节点的位移模式关联法则——物理模式重构法,并导出相应的有限元列式.修正了常规有限元中的超收敛应力恢复法和ZZ（Zienkiwicz-Zhu）后验误差估计理论,提出强化有限单元法的后验误差估计方法及相应的h型网格自适应策略.物理模式重构法在单元层次上直接将非规则节点的位移用具有独立自由度的数学节点位移线性表达,既保证了单元间的位移连续性,又不需要约束处理的多余自由度,保证了数值稳定性.数值算例表明：强化有限单元法的后验误差估计方法及自适应策略能给出满足精度要求的网格.     

基于节点的局部网格生成并行算法

结合基于节点的局部网格生成算法和约束D elaunay路径(CDP)划分区域技术,提出了基于节点的局部网格生成并行算法。使用CDP划分任意给定节点的求解域,能够消除局部网格生成过程中并行处理器间频繁的通讯量,并最大限度地降低了总刚度矩阵生成过程中处理器间的通讯量。文中的并行算法自然实现了网格生成和刚度矩阵计算的无缝连接,从而使基于节点的局部有限元方法的潜在并行效率得到充分展现。数值试验结果表明,该局部网格生成并行算法是有效的、可靠的,尤其当计算大规模的问题时,选取合适的处理器数,并行效率几乎都能达到90%。     

面向服务的有限元并行计算网格系统设计

为了提高有限元法计算的速度和共享网络资源,结合目前主流的网格系统体系结构和有限元并行求解算法,提出了面向服务的有限元并行计算网格系统的总体框架,讨论了有限元并行计算基本理论和基于Web Services技术的计算网格系统设计方法．     

并行两步有限元方法求解稳态的MHD方程组

本文提出了一种并行两步有限元方法来求解不可压缩的稳态MHD方程组。并行两步方法具有如下步骤:利用区域分解技术生成若干个全局网格达到并行的目的,在每一个全局网格上用低阶元求解一个非线性问题,然后利用高阶元求解一个线性化的问题。并行两步法的优点:达到与高阶元相同误差阶的情况下节省时间和存储量。     

基于变弹翼方式的非结构动网格建模方法研究

针对变弹翼导弹包含运动边界的复杂非定常流场的求解问题,基于弹簧变形原理,即在网格变形时,网格点与静止边界和运动边界的相对位置关系均保持不变,分别推导了旋转弹翼运动边界上的网格点和受运动边界扰动流场子域上网格点的变形算法,从而发展了一种新的非结构动网格方法,该方法在不降低计算效率的前提下,大大提高了网格的变形能力,并解决了现有研究通常忽略弹翼运动受弹身影响而产生的非刚性变形问题,是基于非结构网格框架下,求解具有复杂运动边界且网格变形较大的非定常流场的一种简单有效的方法。     

钢框架变形分析—考虑节点板域剪切变形影响

应用钢框架节点板域剪切变形的线性模型计算框架的水平位移，据节点板域和梁、柱的刚度矩阵理论分析和实验结果，编制了考虑节点板域剪切变形的框架分析程序，应用此程序计算了单跨３层钢框架结构，与文献９结果进行了对比分析。     

高精度深海立管涡激振动数值预报

针对深海立管涡激振动问题,提出一种高精度的数值预报方法。基于三维Common-Refinement方法,研究了离散后不可压缩流体与非线性超弹性体的非重叠子区域之间的耦合接触面的空间插值。采用Petrov-Galerkin有限元法离散不可压缩流体,并对大变形弹性结构体使用连续Galerkin有限元法行离散。同时使用任意的Lagrangian-Eulerian(ALE)方法处理流固网格的大幅变形,并且采用全解耦的隐式分区方法去分别求解流体域和结构域。为了去满足两者之间液体和弹性耦合界面间牵引力的平衡条件,系统研究了Common-Refinement方法的空间插值的准确性和可靠性。根据一系列的网格划分方案,对非匹配网格之间的瞬态数据传输做了系统的误差分析,表明了在非匹配网格中非定常流固耦合系统的物理量能够通过Common-Refinement方法进行精确传递。最后将本方法应用深海立管涡激振动问题,并与文献进行了对比。求解结果表明了这种方法在海洋工程流固耦合问题中具有足够的的准确性和可靠性。     

左右梁高不同外加强环式钢框架节点力学性能

为了研究左右梁高不同的圆形钢管柱-H型钢梁外加强环式框架异形节点的力学性能,利用非线性有限元软件ABAQUS建立了三维空间外加强环式钢框架异形节点有限元模型,并进行弹塑性有限元分析.对比分析了不同几何参数对外加强环式钢框架节点的承载能力及初期刚度的影响.结果表明:随着左右梁高度比的增加,节点域的承载力降低,初期刚度增加;增加柱壁厚度和梁翼缘厚度,导致节点域的承载力增加;随着轴压比的增加,节点域的承载力随之降低;柱壁厚度、梁翼缘板厚度以及轴压比对节点域的初期刚度影响较小.     

曲面上曲线约束变形及光顺技术研究

建立曲面上曲线的离散表达模型,并提出一种基于力密度方法的曲线形状调整和光顺算法.基于曲线控制网格与索网结构的耦合关系,建立外载荷变化最小、外载荷最小、杆长度最小和节点位移最小等优化模型,在统一求解框架下实现曲线的约束变形.由外载荷最小和节点位移最小的线性组合建立曲线的光顺模型,可以对曲面上离散曲线的形状和光顺性进行有效的控制,用于曲线的局部和全局光顺.通过以约束的形式限定点的位置,可使曲线在光顺过程中插值目标点.应用实例验证了算法的有效性.     

带三维穿透裂纹结构的有限元实体建模方法

介绍了ANSYS实体建模方法创建含三维穿透裂纹结构有限元模型的详细步骤.实体建模方法采取化整为零的思想, 在整体模型上创建重合的裂纹部分, 利用布尔运算整体模型分离为两大部分,对裂纹部分采取特殊的网格划分方法,非裂纹部分采用常规的自由网格划分,注意不同网格划分之间的过渡.并与逐节点生成单元的直接建模方法进行对比,结果表明:实体建模方法简单、效率高且易于实现,可以用于创建复杂结构裂纹体模型,并能保证应力强度因子求解精度.     

随机点蚀钢框架节点力学性能分析

为研究随机点蚀损伤对钢框架节点力学性能的影响,以损伤体积参数定义节点破坏程度,通过ANSYS建立8个不同损伤程度的钢框架节点试件模型,分别进行梁端单调力和位移循环加载模拟,研究随机点蚀损伤对节点承载力、刚度退化及耗能能力等力学性能指标的影响。结果表明：随着损伤体积的增加,节点屈服荷载、屈服位移及极限荷载均呈现出线性下降趋势,当节点域点蚀蚀穿后,极限荷载较无损试件降低27.95%。位移循环加载下,节点域产生沿对角线方向的屈曲变形,当节点域点蚀蚀穿后,相同位移幅值下,试件耗能量降低最高达25.83%,节点滞回性能严重削弱,且刚度退化明显。     

非匹配网格的三维流固耦合问题

为研究流固耦合问题中的非匹配网格问题的准确可靠的数值计算方法,本文提出了一种基于非匹配网格的三维Common-Refinement方法,将其应用于离散后不可压缩流体与非线性超弹性体的非重叠子区域之间的接触面。采用Petrov-Galerkin有限元法离散不可压缩流体,并对大变形弹性结构体使用连续Galerkin有限元法进行离散。同时使用任意的Lagrangian-Eulerian(ALE)方法处理流固网格的大幅变形,并且采用全解耦的隐式分区方法去分别求解流固两相。为了满足两者之间液体和弹性耦合界面间牵引力的平衡条件,研究了共同细化方法的空间插值的准确性和可靠性。根据一系列的网格划分方案,通过改流体和固体网格之间的网格匹配系数系统地评估Common-Refinement方法的准确性和精度。将本方法应用于三维标准的圆柱体-弹性板问题,并与文献中标准解进行了对比。求解结果表明了这种方法在流固耦合问题中具有足够的准确性和可靠性。     

预测单层柱面网壳破坏模式的细胞自动机方法

为改进网壳结构有限元数值模拟效率以及拓展数值模拟结果应用,发展了一种预测单层柱面网壳结构破坏模式的细胞自动机方法.该方法通过有限元模拟,给出了单层柱面网壳简谐地面运动下动力失稳破坏模式和TAFT地震波作用下动力强度破坏模式;然后,用归一化节点有限元位移值、以及归一化节点对数应变能密度值构成网壳两种细胞自动机状态模式;进而,建立了单层柱面网壳相似节点域的概念,并给出了相应的匹配准则;最后,以基础网壳破坏模式为依据,通过匹配基础网壳和目标网壳之间的相似节点域,预测了目标网壳失稳破坏位移模式和强度破坏对数应变能密度模式.预测结果验证了所发展的细胞自动机方法的有效性,期待成为分析网壳结构的新途径.     

节点域构造不同的外加强环式梁柱异型钢框架节点有限元分析

目的 找出节点域处不同构造特征对节点的塑性铰的发展情况、破坏特征和抗震性能的影响规律.方法 利用有限元软件ABAQUS建立了外加强环式箱型柱-H梁异型钢框架节点的三维有限元模型,对框架节点的节点域处设置不同面积的外加强环板进行建模分析.结果 外加强环式箱型柱-H梁异型钢框架节点在节点域1屈服后,在外加强环转角处形成塑性铰,避免了梁端焊缝的开裂,提高了节点的耗能能力.三种节点连接形式的滞回环大而饱满,采用全环板、3/4环板和1/2环板的等效黏滞阻尼系数分别为0.409、0.455和0.379.结论 该类异型节点在不同节点连接方式下都具有良好的延性性能、耗能能力和抗震性能,在实际工程应用的设计和施工中建议采用3/4环板.     

空间框架的大振幅振动的有限元分析

利用非线性时空有限元方法来分析空间框架的非线性频响特性．在空间上,从梁的几何非线性方程出发,用一般的有限元方法对空间结构进行离散．在时间上,用傅立叶级数展开位移项,利用增量谐平衡法,得到非线性动力的有限元平衡方程,可用牛顿迭代法进行求解     

结构动力响应分析的多重网格方法

提出了一种适合于有限元分析中求解结构动力响应的多重网格方法,该方法利用初始网格下的结果,通过双线性插值技术得到网格变化后新的近似位移向量,然后由多重网格迭代过程求解结构动力响应问题。在多重网格迭代的前光滑过程中,选择了共轭梯度法提高其收敛率;在粗网格校正过程中,给出了一种近似求解位移向量误差的方程;在后光滑过程中,选择了Jacobi松弛迭代提高解的光滑性。该方法将网格离散过程和数值求解过程结合在一起,建立了一个网格细分后结构动力响应问题的快速重分析方法,与传统有限元方法相比较,具有计算简便、迭代步骤少,运算时间短等特点,可以作为结构动力问题自适应有限元分析的一种十分有效的工具。同时,本文还给出了一种简单实用的时间步长划分的自适应方法。     

基于无网格有限元方法的心磁场计算仿真研究

利用无网格有限元方法求解毕奥-萨伐定律来计算电流偶极子源在任意形状均质容积导体外产生的磁场分布.通过毕奥-萨伐定律计算容积导体外产生的磁场分布须先得到整个媒质中的电流密度分布,依据相应的边界条件,采用无网格有限元方法求解媒质容积导体有限元模型中各节点的电势;通过对电势求梯度得到媒质内部的电流密度分布;媒质内部感应磁场分布的各个分量可通过对电流密度进行数值积分计算来实现.为了验证提出的无网格有限元方法的有效性,在单层均质球模型上进行了仿真研究,并将该方法应用于从核磁共振成像(MRI)得到的真实形状的心脏-躯干心脏模型上,取得了令人满意的计算结果,表明了算法的有效性及其在心磁图(MEG)和磁场分布(MCG)上的潜在应用前景.     

光滑节点域有限元法

本研究采用与有限元法(finite element method, FEM)相对照的方式,论述了光滑节点域有限元法(node-based smoothed finite element method, NS FEM)节点域的形成方式,光滑应变矩阵的求解步骤以及光滑有限元形函数的计算方法。利用matlab对典型算例进行编程分析,结果表明NS FEM计算刚度矩阵偏软,位移和应变能为解的上限,应力、应变和应变能具有良好的计算精度且不会产生体积锁定现象等。     

轻钢框架节点在反复荷载作用下的有限元模拟分析

目的为检验利用柱腹板屈曲后强度的轻钢框架节点板域的抗震性能．方法在试验的基础上，采用有限元分析软件ANSYS建模，通过施加低周反复荷载，分析框架节点的力学性能．结果框架节点的破坏属于局部屈曲破坏，节点板域无显著加强的节点，破坏发生在节点板域上，显著加强的节点破坏发生在梁端．结论研究表明，有限元计算结果与试验结果吻合较好．剪切变形很大，拉伸变形和弯曲变形很小；显著加强的节点，抗剪切变形的能力很好，拉伸变形和弯曲变形不显著．对节点板域进行加厚并布置对角肋是减小节点剪切变形的一种很有效的节点构造形式．由于周围约束板件能提供强力支撑，这样节点板域屈曲以后并不立即失效．     

Level set函数快速步进并行重构的分区优化

为进一步提升Level set函数重构的分区并行重构效率,本文采用均分交界面方式进行分区,并保证生成内边界重构节点数量最少。通过运用基于共享存储并行编程(Open MP)多线程技术的并行计算模型,实现圆球、Zalesak球和哑铃等值面的并行重构。计算结果表明:新分区方法能平衡子区域间计算荷载,减少子区域间信息传递次数和节点回滚次数,与均分区域方法相比,新分区方法能够获得更高计算速度,具有更好的实用性和可扩展性。