广义协调平板型三角形壳元

本文构造了一种具有三个角点十八个自由度的平板三角形壳元GST18。其拉伸与弯曲部分分别由含旋转自由度的三角形膜元和薄板弯曲三角形元组成。广义协调方法的采用,使得该单元的收敛性得到保证。在结点上引入了平面内旋转自由度,从根本上克服了单元共面刚度矩阵出现奇异这一困难。对平面膜元采用了缩减积分方案,使该单元不会产生薄膜闭锁现象。数值算例表明,本文提出的GST18薄壳元是计算精度优于同类单元的可靠、实用的单元。     

采用Coons曲面法构造薄板广义协调元

本文应用Coons曲面法构造出一种广义协调薄板矩形单元。用此单元分析薄板弯曲和振动问题都具有良好的精度。     

一种新型厚薄板通用三角形广义协调元

本文提出了一种假设单元剪切应变场的新方法，基于广义协调理论构造了一个只有９个自由度的三角形厚薄板通用单元ＴＣＧＣ Ｔ９。数值算例表明：该单元具有自由度少，精度高，无剪切闭锁现象等特点，适用于从极薄板到厚板较大的范围。     

一种新型的C_1阶协调任意四边形薄板弯曲单元

提出一种由单元协调边界位移直接插值单元位移的特殊插值法,并用该方法构造出一种新型的12节点参数C1阶协调任意四边形薄板弯曲单元。该特殊插值法分离了薄板单元完备性条件和C1阶连续条件的相互影响,从而才能直接构造出C1阶连续协调且完备薄板单元。理论证明该薄板单元具有完备性和C1阶连续性,数值分析表明其性能明显优于非协调单元。     

增补挠度场和剪应变场的厚薄板三角形广义协调元

本文提出将薄板三角形单元扩展为厚薄板通用单元的一般方法。对于薄板极限情况，这种厚薄板通用单元自动退化为原有的薄板单元，完全无剪切闭锁现象发生。应用此法构造的厚薄板通用三角形单元GCLLM-T9自由度少，推导简明并具有通用性，能够通过分片检验。数值算例表明单元GCLLM-T9对薄板和厚板都具有较高的精度，适用于实际工程计算。     

几何非线性广义协调三角形板单元

本文利用广义协调三角形板单元来分析任意形状弹性薄板的大挠度问题，根据广义协调三角形单元ＴＧＣ－９的位移模式，在Ｔ．Ｌ．．坐标系下给出了其几何非线性切线刚度矩阵的列式，通过对固支及简支方板、固支圆板及椭圆板的大挠度数值分析，验证了几何非线性广义协调板单元具有列式简单、精度高及收敛快的优点．     

采用SemiLoof型约束条件的薄板矩形广义协调元

本文采用SemiLoof型约束条件,建立一个十二自由度的薄板矩形广义协调元。单元自由度只含角点位移,不含Loof结点位移、单元间的协调条件全部采用点型协调条件,不采用积分型协调条件。此单元吸取广义协调元和SemiLoof元的双重优点,消除其缺点,成为同类低阶薄板单元中的最优单元。     

采用面积坐标的四边形厚薄板通用单元

本文采用四边形面积坐标,利用假设剪切应变场方法和广义协调理论构造出一个具有12个自由度的四边形厚薄板通用弯曲单元TACQ。基本思路如下：首先从Mindlin厚板理论出发,独立假设剪应变场和挠度场,而转角场则由挠度场和剪应变场导出;其次,单元剪应变场是先按Timoshenko厚梁理论确定单元各边剪应变,然后在单元内进行合理插值导出;第三,单元挠度场是根据单元角点处挠度的点协调条件以及单元各边挠度和法向转角的平均协调条件导出。这个方法有两个特点,（1）由于满足点协调和边协调的广义协调条件,故能保证收敛;（2）由于在薄板情况剪应变退化为零,故不出现剪切闭锁现象。数值算例表明：该单元具有精度高,收敛性和可靠性好,对网格畸变不敏感,无剪切闭锁现象等优点;适用于从极薄板到厚板较大的范围。     

一个基于膜板比拟理论的四边形双线性薄板单元

平面弹性与板弯曲的相似性理论为构造薄板单元提供了一条有效的新途径。根据这一理论,现有的平面弹性单元原则上可以转化为板弯曲单元。从平面弹性四节点双线性等参元Q4出发,根据相似性理论构造出一个新的四边形八自由度双线性薄板单元。该单元构造简单,节点自由度少,可以视为最简单的四边形薄板单元。数值结果表明,该单元能通过分片试验,满足坐标不变性,具有良好的收敛性和精度。是一个良好的低阶薄板单元。     

薄板弯曲分析的多边形流形单元

一般的数值流形方法均采用三角形、四边形单元进行计算。对于工程中的有些实际问题, 多边形单元能更好的适应复杂计算域形状。为此, 研究了采用多边形流形单元进行数值计算的方法。采用任意几何区域的Delaunay三角网格构造出新的凸多边形网格, 并以此单元作为计算的流形单元。采用改进的Wachspress插值函数作为多边形流形单元的权函数。为说明该方法的有效性, 将该流形方法应用于薄板弯曲计算, 推导出用于薄板弯曲分析的流形格式和单元矩阵。计算结果表明:较一般有限元法, 计算精度和收敛速度有很大提高。     

简支薄板基于相关应变变化率的损伤研究

本文在基于应变模态变化率的四边固支弯曲薄板损伤识别研究的基础上,将这一理论应用于四边简支弯曲薄板,结果表明相关应变模态变化率对于四边简支薄板损伤的敏感性强,相邻单元受损伤单元的影响较大,具有明显规律,识别效果明显。     

广义协调元在薄板弹性皱曲分析中的应用

本文首次利用通用商业有限元软件ABAQUS[1]的用户单元接口功能对广义协调元[5]进行了研究，为广义协调元的发展与应用提供了一种新途径。推导了三角形广义协调平板型壳元GST18的UL格式增量求解方程，并将其引入ABAQUS，分析了在金属压力加工中具有代表性的薄板弹性皱曲问题，并与ABAQUS单元库中的三角形薄壳单元STRI3进行了比较。数值算例表明，广义协调平板型壳元GST18在弹性皱曲分析中具有更好的性能，适合于实际工程的应用。     

一种新的广义协调元单元

通过建立薄板弯曲平衡方程的弱形式，采用满足分片试验的连续性要求，得出保证薄板弯曲收敛的连续性条件。它只需角点连续和法向导数积分连续两个条件，扩大了广义协调元的构造范围。并按广义协调元的作法构造了一个新的单元，它通过任意网格下的分片试验和F－E－Mtest因而收敛性得到保证。数值计算表明，当网格细分时它收敛到精确解。     

Zienkiewicz三角形薄板单元弯曲应力的一个性质

本文推导了Ｚｉｅｎｋｉｅｗｉｃｚ三角形薄板单元弯曲应力向量的一个新的关系式，该关系式表明在一定的度量意义下，单元弯曲应力同该单元的板厚的平方成反比，而同该单元面积的平方成正比。     

基于功率流有限元方法的异形薄板能量密度求解

在机械工程中,对结构在不同频率激励下的振动响应进行分析预测具有重要的意义。功率流有限元法以其适用频率范围较广,可得到结构响应的细节信息等优点成为振动分析领域的研究热点。利用功率流有限元方法对薄板的弯曲波能量密度进行了求解,使用加权残差法导出了薄板单元节点的能量密度残差,利用线性四边形网格对薄板进行网格划分并在此基础上建立了单元的有限元方程,进一步地通过对单元有限元方程的组装和求解得到了薄板上各个节点处的能量密度响应,引入线性三角形网格以处理复杂形状薄板能量密度的求解,对使用功率流有限元方法求解任意形状薄板上的能量密度分布问题具有一定意义。     

用有限元线法梯形单元分析薄板弯曲问题

本文采用有限元线法构造了一个梯形薄板弯曲单元，适用于分析形状较为复杂，具有任意边界条件及荷载的Ｃ＾１连续问题。     

一种基于纵横向有限条带的矩形薄板弯曲单元

本文基子单位宽纵横向有限条带的变位模式,构造了一个１２个自由度的矩形薄板弯曲单元,此单元满足了单元边界Ｃ１连续性,且自由度少,计算精度较高,可用于大型板系结构的计算分析。     

改进的有限元混合法用于板壳分析

本文从广义变分原理出发,给出了考虑横剪切变形板弯曲混合变分原理的具体形式,在Herrmann 三角形混合单元的基础上,导出了一个挠度按二次多项式、内力矩按线性分布的12个参数的三角形混合板元(×12单元)以及组合平面应力单元的三角形壳元。通过典型结构的分析计算,结果表明×12单元收敛速度快,计算精度高,位移和内力收敛速度比较协调一致,计算剪力方便。     

中空薄板能量密度求解

复杂结构中高频振动响应的准确预测有着重要意义。基于能量有限元法,选择适用于复杂求解域的线性三角形单元,推导出薄板弯曲波能量密度,并通过统计能量法对其准确性进行验证;利用一种隐式几何网格划分法将能量有限元法推广到中空二维结构,同时以简单开孔矩形薄板为例研究单位功率激励下的能量密度与能流,研究发现,薄板能量密度随开孔尺寸增加而不断增加。研究对求解复杂结构中高频振动能量分布具有一定意义。     

铰接板机构运动分析的简便协调方程

一些新型空间结构的施工分析模型可以简化为铰接板机构,如Pantadome。利用三角形形状稳定性特点,将三条边长变化为零来表征三角形板单元的刚体位移。进而基于杆单元的协调方程,建立了一个简便的顶点铰接三角形板单元的机构位移协调方程,且给出了1阶和2阶协调矩阵。将四边形板单元划分为2个三角形板单元,通过引入单元四顶点共面条件,推导出平面四边形板单元的协调矩阵。理论上,利用该思路可构建任意平面多边形板单元的协调矩阵。针对该简便协调方程,进一步给出了求解铰接板机构运动路径的计算策略。对1个顶升施工的Pantadome和1个顶推施工的双坡网架的成形过程进行了数值模拟,结果表明该方法对于此类铰接板机构的运动路径分析有很高的精度。