基于Bregman距离函数的可靠性分析

针对概率结构可靠性问题,引入Bregman距离函数,建立了基于同伦算法(HM)的可靠性分析模型.利用极限状态方程,将可靠性指标求解转化为一个非线性约束优化问题.结合同伦思想的基本理论和Bregman距离函数,构造同伦方程组,采用路径跟踪算法对该方程组进行求解.通过相应的数值算例探讨了不同函数形式以及不同程度非线性问题的可靠性计算,并与其他方法计算结果进行了对比,分析结果表明该模型能够有效求解概率结构可靠性问题.     

小波Galerkin法在非线性分岔问题求解中的应用

通过一个典型的Bratu问题,研究了小波Galerkin法（WGM）在非线性分岔问题求解方面的应用.首先,利用基于Coiflet的小波Galerkin法,对一维和二维Bratu方程进行离散;然后针对单参数问题,推导了追踪解曲线的伪弧长格式和直接计算极值型分岔点的扩展方程;针对双参数问题,推导了追踪稳定边界的伪弧长格式和求解尖点型分岔点的扩展方程.数值结果表明,基于小波Galerkin法的非线性分岔计算不仅具有更高的计算精度,而且能够有效地捕捉双参数分岔问题的折迭线和尖点突变曲面.该算例展示了基于小波Galerkin法的数值分岔计算的具体过程及其求解多参数分岔问题复杂行为的应用潜力.     

轴对称圆板(含叠层板)的三维非线性分析

本文提出了轴对称固支圆板(含叠层板)受均布横向载荷作用下的三维非线性摄动解答.文中所考虑的是一种中等大挠度的几何非线性,并采用一种发展的摄动方法对复杂的三维非线性平衡微分方程进行求解.该方法的基本思想是以二维解答为基础,对板的厚度参数进行摄动而求得相应的三维解答.文中给出了一般板及叠层板的三维非线性理论结果及数值结果,并图示出了各个应力的分布情况.而且,该三维非线性结果能退化为完全一致的相应的二维板理论非线性结果.结果表明,该方法对板的三维非线性分析是一种行之有效的方法.     

基于参数化水平集法的材料非线性子结构拓扑优化

针对利用传统水平集法进行非线性结构拓扑优化计算过程复杂及计算效率低等问题,将参数化水平集方法引入材料非线性结构拓扑优化中。通过全局径向基函数插值初始水平集函数,建立了以插值系数为设计变量、结构的应变能最小为目标函数、材料用量为约束条件的材料非线性结构拓扑优化模型,利用有限元分析对材料非线性结构建立平衡方程,并用迭代法求解。同时,采用子结构法划分设计区域为若干个子区域,将全自由度平衡方程的求解分解为缩减的平衡方程和多个子结构内部位移的求解,减小了计算成本。算例表明,这种处理非线性关系的方法可以在保证数值稳定的同时提高计算效率,得到边界清晰、结构合理的拓扑优化构形。     

黏弹性圆柱壳计及切变形和转动惯量时的动力学稳定性

根据修正的Timoshenko理论,在几何非线性中考虑了剪切变形和转动惯量,对黏弹性圆柱壳的动力稳定性进行了研究.根据Bubnov-Galerkin法,结合基于求积公式的数值方法,将问题简化为求解具有松弛奇异核的非线性积分-微分方程的问题.针对物理-力学和几何参数在大范围内的变化,研究壳体的动力特性,显示了材料的黏弹性对圆柱壳动力稳定性的影响.最后,比较了通过不同的理论得到的结果.     

粘性Cahn-Hilliard方程的时间双层网格混合有限元方法

主要针对在求解粘性Cahn-Hilliard方程时非线性项引起的时间耗时问题,提出了时间双层网格混合有限元方法.在空间上采用混合有限元方法进行离散,时间上采用Crank-Nicolson格式.首先在时间粗网格上,通过非线性牛顿迭代方法求解非线性混合有限元系统.其次基于初始迭代数值解和拉格朗日插值公式在时间细网格上求解线性混合有限元系统,然后证明了该方法的稳定性和误差估计,并通过数值算例对理论部分进行验证.结果表明,理论与数值算例相一致.     

非线性数值流形方法的变分原理与应用

针对非线性力学问题,根据数值流形方法的特点及相应的位移模式,得到了面向物理覆盖的非线性数值流形方法的变分原理,详细推导了基于变分原理的非线性数值流形方法的理论计算公式,建立了非线性数值流形方法的理论体系和控制方程。作为实际应用,给出了相应的数值算例,结果表明,求解精度和效益令人满意。     

考虑几何非线性的杆系结构弯曲变形样条有限点法

研究了杆系结构考虑几何非线性的大挠度弯曲变形问题,推算并验证了一种考虑几何非线性的杆系结构弯曲变形计算新方法.以三次B样条函数为基函数,采用广义参数法,构造出梁的样条基函数,通过最小势能原理,建立了杆系结构考虑几何非线性的刚度方程,对处于弹性范围内的杆系结构的大变形弯曲问题进行了计算,提出了考虑几何非线性时杆系结构弯曲变形计算的样条有限点法.结果表明:方法不用进行单元坐标变换、划分等分数少、收敛速度快且计算精度较高,是一种较传统有限元法更简单且可行的方法.     

微分变换法求解二维非线性Volterra积分微分方程

为了解决二维非线性Volterra积分微分方程的求解问题,本文给出微分变换法.利用该方法将方程中的微分部分和积分部分进行变换,这样简化了原方程,进而得到非线性代数方程组,从而将原问题转换为求解非线性代数方程组的解,使得计算更简便.文中最后数值算例说明了该方法的可行性和有效性.     

扁球壳在热-机械荷载作用下的稳定性分析

基于扁壳几何非线性理论,应用虚功原理和变分法推导了均匀变温场中圆底扁薄球壳在均布外侧压力作用下的位移型几何非线性控制方程.考虑周边不可移简支边界条件,运用打靶法计算获得了不同几何参数的扁球壳轴对称弯曲变形的数值结果.定义了壳体临界几何参数.考察了壳体几何参数对平衡路径和临界荷载的影响.当壳体几何参数大于壳体临界几何参数时,上临界荷载随几何参数的增加单调增加,下临界荷载在很小范围内随几何参数的增加而增加,之后随几何参数的增加而减小.给定几何参数时,考察了不同均匀温度变化对壳体临界几何参数、临界荷载和平衡构型的影响.均匀升温使上临界荷载显著增加,使下临界荷载和临界几何参数显著减小.     

Boundary element formulation for geometrically nonlinear elastostatics

The basic integral relationships for geometrically nonlinear problems are presented. Using the boundary element method they allow for the solution of a new range of problems in geometrically nonlinear elastostatics.     

摄动有限元法解一般轴对称壳几何非线性问题

本文在处理几何非线性问题时,利用在变分方程中引入振动过程,得到各级变分摄动方程,并通过有限元法求解.由于有限元法能成功地处理各种复杂边界条件、几何形状的力学问题,摄动法又可将非线性问题转化为线性问题求解.若结合这两种方法的优点,将能够解决大量复杂的非线性力学问题.并能够消除单独使用有限元法或摄动法求解复杂非线性问题所出现的困难. 本文应用摄动有限元法求解了一般轴对称壳的几何非线性问题.     

The radial basis reproducing kernel particle method for geometrically nonlinear problem of functionally graded materials

In this paper, the radial basis function (RBF) is introduced into the reproducing kernel particle method (RKPM), and the radial basis reproducing kernel particle method (RRKPM) is proposed for solving geometrically nonlinear problem of functionally graded materials (FGM). Compared with the RKPM, the advantages of the proposed method are that it can eliminate the negative effect of different kernel functions on the computational accuracy, and has higher computational accuracy and stability. Using the Total Lagrange (T.L.) formulation and the weak form of Galerkin integration, the corresponding formulae for geometrically nonlinear problem of FGM are derived. The penalty factor, shaped parameter of the RBF, the control parameter of influence domain radius, loading step number and node distribution are discussed. Furthermore, the effects of different gradient functions and exponents on displacement and stress are analyzed. Newton-Raphson (N-R) iterative method is utilized for numerical solution. The proposed method is correct and effective for solving geometrically nonlinear problem of FGM, which can be demonstrated by several numerical examples.     

解非线性方程的自动调节阻尼法

解非线性方程组的一般方法是将其线性化,形成各种形式的迭代程序进行数值近似计算.对于复杂强非线性问题,在迭代过程中往往不易收敛,甚至数值失稳而发散.不能满足工程要求.常规的牛顿法及改进的牛顿法均未彻底解决这一问题,因而使得复杂强非线性问题的数值模拟计算受到了限制.本文提出一种新的方法---自动调节阻尼法,是对带阻尼因子的牛顿法的进一步改进.引进阻尼因子向量,在迭代过程中,通过判断与调整,不断地自动调节阻尼因子向量,引用有效收敛系数与加速系数,改善对赋初值的要求,加速求解的迭代过程,保证了复杂强非线性方程求解的稳定性.采用这一新的方法,已成功地数值模拟了飞机中的一些复杂的传热问题,可进一步推广用于非线性流动、传热、结构动力响应等各种复杂强非线性的工程问题的数值模拟计算.     

A finite-variation method in nonlinear shell mechanics

A numerical algorithm is proposed for calculating coefficients of first-and second-order variations of strain energy in a nonlinear finite-element model of a shell, which are necessary to define equilibrium states of the shell and investigate stability of the states. Several numerical schemes are considered based on various finite-difference approximations. For these schemes, the accuracy, convergence, and computation time are analyzed using popular geometrically nonlinear problems of deformation of elastic plates and shells.     

Bending of a Composite Material Strip with Curved Structure in the Geometrically Nonlinear Statement

To date, bending problems for strips or plates made of composite materials with curved structure have been investigated only in the linear statement. However, in many cases, the necessity arises to investigate the corresponding bending problems in the geometrically nonlinear statement. Therefore, in the present paper, some bending problems for a composite strip with a periodically curved structure is investigated in such a statement using the exact nonlinear equations of elasticity theory in Lagrangian coordinates. The numerical results are obtained by employing the FEM with the use of the Newton-Raphson and the Modified Newton-Raphson algorithms.     

A simplified approach to estimating the stress state of flexible cylindrical shells under nonaxisymmetric load

An approach is proposed to approximate numerical analysis of the stress state of a geometrically nonlinear cylindrical shell under an unsymmetric load. An approximate technique is also proposed to reduce the solution of a two-dimensional nonlinear problem of a cylindrical shell with unsymmetric parameters to the solution of axisymmetric problems. A numerical example is considered. Translated from Vychislitel'naya i Prikladnaya Matematika, No. 58, pp. 61–66, 1986.     

晶体微观结构的数值计算

晶体微观结构是晶体材料在特定物理条件下其多个能量极小平衔态在空间形成的某种微尺度的规则分布．几何非线性的连续介质力学理论可以用能量极小化原理来解释晶体微观结构的形成，并用Young测度来刻画平衡态各变体在空间的概率分布．定性的理解与定量地分析和计算晶体材料的微观结构对于发展和改进高级晶体功能材料，如形状记忆合金、铁电体、磁至伸缩材料等，有重要的意义．本文回顾了近年来晶体微观结构数值计算方面的最新进展．介绍了计算晶体微观结构的几种数值方法及有关的数值分析结果。     

Weighted overconstrained least-squares mixed finite elements for hyperelasticity

The present contribution aims to improve the least-squares finite element method (LSFEM) with respect to the approximation quality in hyperelasticity. We consider a geometrically nonlinear elastic setup and here especially bending dominated problems. Compared with other variational approaches as for example the Galerkin method, the main drawback of least-squares formulations is the unsatisfying approximation quality in terms of accuracy and robustness of especially lower-order elements, see e.g. SCHWARZ ET AL. [1]. In order to circumvent these problems, we introduce an overconstrained first-order stress-displacement system with suited weights. For the interpolation of the unknowns standard polynomials for the displacements and vector-valued Raviart-Thomas functions for the approximation of the stresses are used. Finally, a numerical example is presented in order to show the improvement of performance and accuracy. (© 2015 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)