薄壁箱型梁剪力滞效应分析的刚度法

本文假定新的纵向位移函数，使位移函数能满足力学基本条件，通过变分原理建立了薄壁箱梁弯曲变形的微分方程及单元刚度系数计算公式。用本文推出的刚度法计算结果与实测及有限元法的结果进行了比较分析。该方法的优点是通用性好，计算简便。     

固体力学问题数值解的一种验证方法

给出了固体力学几何非线性动态问题数值解的一种精度验证方法。通过假定初始构形和现时构形之间的映射关系,利用固体力学的控制方程即可求得产生这种构形的体积力,则假定构形和所得到的体积力就构成了问题的解析解。在这些解析解的基础上,提出了一种检验数值方法精度的标准试验,可用于二维和三维问题、隐式算法和显式算法、小变形和大变形分析、弹性材料和超弹性材料。在线性位移场的情况下本文方法是和传统的分片检验(patchtest)一致的。文中给出了无网格迦辽金法(EFGM)精度检验的几个算例。     

弹性曲梁几何非线性精确模型及其数值解

基于直法线假设,采用轴线可伸长梁的几何非线性理论,建立了弹性曲梁在任意荷载(保守和非保守)作用下的静态大变形数学模型。其中包含了轴线弧长、轴线位移、横截面转角、内力等七个独立未知函数。通过引进变形后的弧长为未知函数,使得问题的求解区间为未变形梁的轴线长度。该模型不仅考虑了轴线伸长,同时精确地考虑了梁的初始曲率对变形的影响以及轴向变形与弯曲变形之间的相互耦合效应。作为应用,采用打靶法计算了悬臂半圆形曲梁在沿轴线均布的切向随动载荷作用下的非线性平面弯曲问题,给出了随载荷参数大范围变化的平衡路径曲线及平衡构形。     

船用光电系统中摄像机参数的标定方法

基于一阶径向畸变的针孔摄像机模型，提出了一种新的线性三步摄像机定标方法，即通过径向排列约束计算摄像机参数的旋转矩阵、X轴平移矢量和Y轴平移矢量；根据透视投影的交比不变性解算一阶径向畸变参数；利用求得的摄像机参数建立有效焦距和Z轴平移矢量的线性方程，采用最小二乘法得到线性解。实验表明，该方法简单快捷，具有较高的标定精度，解决了原有算法采用非线性搜索寻优可能存在的解不稳定性等问题。     

导弹适配器与发射筒过盈配合研究

针对导弹适配器与发射简过盈配合问题,根据力学平衡原理,分别推导了可压缩橡胶泡沫圆筒和不可压橡胶圆筒的变形模式,给出了位移、应力表达式,建立了求解适配器与发射筒过盈配合问题的非线性代数方程组.采用有限元法和解析解法对某导弹适配器与发射筒过盈配合问题进行了计算和对比,结果表明:有限元法计算的位移和应力与理论解吻合很好,但是...     

基于拟全量理论的多步正向成形模拟方法

在全量理论的基础上,引入增量思想,构建了多步正成形算法。其基本原理是在一步正成形的基础上,适当增加了若干个中间步,依次计算各中间步之间的应变改变量,并以分量形式累加到当前步的总应变,基于全量理论进行Newton-Raphson迭代计算,并将计算结果以应变分量的形式累加到下个中间步计算中,计算对应的弹塑性本构矩阵,从而在计算过程中体现加载历史的影响,提高了最终的模拟结果精度。设计了方盒件多行程实验方案,采用电腐蚀方法在初始坯料上刻上圆形网格,进行了10 mm、20 mm、30 mm、40 mm、50 mm五个不同行程的方盒件成形实验。利用光学方法测量网格变形量并推算出网格应变量,使用超声测厚仪测量板料不同行程的厚度变化量。通过几种不同算法在计算精度和计算效率上的对比,证明了多步正成形算法的有效性。     

变截面粱横向振动特性半解析法

提出一种计算变截面梁横向振动特性的半解析法.基于欧拉-伯努利梁理论给出的弯曲刚度、质量分布沿梁轴线连续或非连续变化的变截面梁横向振动方程;将该变截面梁等效为多段均匀梁,并基于相邻两段连接处的位移(位移、转角)和力(弯矩、剪力)的连续条件,建立了两相邻均匀段之间模态函数的关系;针对简支边界条件给出了计算变截面梁横向振动固有频率的特征方程和模态函数,并用Newton-Raphson方法计算其固有频率.通过与有限元法的数值结果比较说明半解析解的高精度和有效性.     

基于整体式初始位移的柔性结构低频模态试验方法

大型柔性结构由于刚度较低、结构庞大，采用传统测试方法难以获取结构的整体模态。提出了一种基于整体式初始位移的大型柔性结构低频模态试验方法。推导了任意初始位移条件下结构响应，以及初始位移条件下特征系统实现算法；在柔性结构上施加整体式初始位移来获取结构的整体振动响应，基于特征系统实现算法识别了大型柔性结构的低频整体模态。以长度为30 m的三棱柱型桁架为研究对象，验证整体式初始位移激励下结构模态参数辨识的可行性，并讨论结构在白噪声工况下的辨识精度。采用具有理论解的集中质量柔性梁模态试验进一步验证所提方法，锤击法难以激发该柔性梁的基频模态，而该方法能够准确识别柔性梁的模态。结果表明，通过在柔性结构施加整体式激励可以有效辨识出结构的低频模态参数。     

焊接球节点刚度对网壳结构有限元分析精度的影响

采用与焊接空心球半径等长的刚臂来模拟节点的体积,在刚臂与杆件之间设置弹簧单元来模拟节点的刚度,推导了考虑刚臂和节点刚度的梁的单元刚度矩阵;根据焊接球节点刚度的回归公式,计算出符合施工构造要求的焊接球节点对杆件轴向刚度和弯曲刚度的影响范围,发现当焊接球的直径小于杆件几何中心长度的12%时,焊接球对轴力刚度的影响较小,而对弯曲刚度的影响很大;采用能量范数分析了弯曲刚度和轴力刚度误差应力解和位移解的影响,给出了焊接球对网壳位移解的误差估计公式。采用多尺度有限元法验证了该结论。     

变截面梁横向振动特性的半解析法

提出一种计算变截面梁横向振动特性的半解析法。基于欧拉-伯努利梁理论给出的弯曲刚度、质量分布沿梁轴线连续或非连续变化的变截面梁横向振动方程;将该变截面梁等效为多段均匀梁,并基于相邻两段连接处的位移(位移、转角)和力(弯矩、剪力)的连续条件,建立了两相邻均匀段之间模态函数的关系;针对简支边界条件给出了计算变截面梁横向振动固有频率的特征方程和模态函数,并用Newton-Raphson方法计算其固有频率。通过与有限元法的数值结果比较说明半解析解的高精度和有效性。     

Automated Fast Initial Guess in Digital Image Correlation

A challenging task that has hampered the fully automatic processing of the digital image correlation (DIC) technique is the initial guess when large deformation and rotation are present. In this paper, a robust scheme combining the concepts of a scale‐invariant feature transform (SIFT) algorithm and an improved random sample consensus (iRANSAC) algorithm is employed to conduct an automated fast initial guess for the DIC technique. The scale‐invariant feature transform algorithm can detect a certain number of matching points from two images even though the corresponding deformation and rotation are large or the images have periodic and identical patterns. After removing the wrong matches with the improved random sample consensus algorithm, the three pairs of closest and non‐collinear matching points serve for the purpose of initial guess calculation. The validity of the technique is demonstrated by both computer simulation and real experiment.     

An X‐FEM approach for large sliding contact along discontinuities

The extended finite element method (X‐FEM) has been developed to minimize requirements on the mesh design in a problem with a displacement discontinuity. This advantage, however, still remains limited to the small deformation hypothesis when considering sliding discontinuities. The approach presented in this paper proposes to couple X‐FEM with a Lagrangian large sliding frictionless contact algorithm. A new hybrid X‐FEM contact element was developed with a contact search algorithm allowing for an update of contacting surfaces pairing. The stability of the contact formulation is ensured by an algorithm for fulfilling Ladyzhenskaya‐Babuska‐Brezzi (LBB) condition. Several 2D simple examples are presented in this paper in order to prove its efficiency and stability. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于拟力法的钢支撑非线性滞回行为模拟

钢支撑在轴力作用下会同时发生材料非线性和几何非线性,复杂的力与变形关系是数值模拟过程中的重点与难点。该文基于拟力法的基本理论,提出了支撑非线性滞回行为的计算模型,通过塑性转动铰来模拟由屈曲行为引起的塑性弯曲变形;通过滑动铰来模拟由拉伸屈服和增长效应产生的轴向塑性伸长行为,模型中计及了弹性弯曲变形本身的几何非线性行为。该模型物理意义简单、力学行为明确,在模拟支撑非线性滞回行为的过程中保持初始刚度不变,塑性铰的变形可直观地衡量支撑的屈曲程度。数值模拟与试验结果对比验证了该方法的精确性与适用性。将该模型应用于某钢框架-支撑结构地震反应分析中,计算结果表明:该方法可以模拟支撑在复杂荷载作用下的非线性行为,具备拟力法所特有的精确、高效及稳定等优点。     

Bi-directional evolutionary level set method for topology optimization

A bi-directional evolutionary level set method for solving topology optimization problems is presented in this article. The proposed method has three main advantages over the standard level set method. First, new holes can be automatically generated in the design domain during the optimization process. Second, the dependency of the obtained optimized configurations upon the initial configurations is eliminated. Optimized configurations can be obtained even being started from a minimum possible initial guess. Third, the method can be easily implemented and is computationally more efficient. The validity of the proposed method is tested on the mean compliance minimization problem and the compliant mechanisms topology optimization problem.     

Estimation of element-based zero-stress state for arterial FSI computations

In patient-specific arterial fluid–structure interaction (FSI) computations the image-based arterial geometry comes from a configuration that is not stress-free. We present a method for estimation of element-based zero-stress (ZS) state. The method has three main components. (1) An iterative method, which starts with an initial guess for the ZS state, is used for computing the element-based ZS state such that when a given pressure load is applied, the image-based target shape is matched. (2) A method for straight-tube geometries with single and multiple layers is used for computing the element-based ZS state so that we match the given diameter and longitudinal stretch in the target configuration and the “opening angle.” (3) An element-based mapping between the arterial and straight-tube configurations is used for mapping from the arterial configuration to the straight-tube configuration, and for mapping the estimated ZS state of the straight tube back to the arterial configuration, to be used as the initial guess for the iterative method that matches the image-based target shape. We present a set of test computations to show how the method works.     

U形槽板多工步折弯方法及回弹预测

分析对比了大型U形槽板的2种折弯成形方式,取U形槽板的小件进行多工步折弯回弹的有限元模拟并进行了相应的物理实验,得出了回弹角度预测值,提出在多工步折弯回弹有限元模拟中要注意的问题,为大型U形槽板的折弯成形生产提供了参考。     

基于梁理论的复杂梁式结构低阶频率快速求解方法

工程计算中常遇到纵向尺度显著大于横向的复杂梁式结构,基于此类大型复杂结构的精细有限元模型建立一个能够预测结构动力性能、实现复杂结构的快速动力分析和优化的近似降阶模型,成为这类结构设计工作者一直关心的问题。该文提出一种基于梁平截面假设和梁位移插值函数的动力模型降阶方法,建立了具有明确物理意义的降阶模型。利用降阶模型计算得到的模态向量是原结构特征向量的高精度近似,基于一次瑞利-里茨逆迭代获得了原结构高精度的低阶频率,并且与Krylov子空间法进行了对比。具体算例表明了降阶方法的有效性。     

Shell element formulation of multi‐step inverse analysis for axisymmetric deep drawing process

Inverse analysis today is generally performed with membrane models in analysing sheet metal forming processes. Given the final desired configuration, it usually estimates the deformation in a one‐step calculation. However, for some practical problems where the bending effect is significant and the strain history departs from a linear path, this calculation becomes not good enough to provide the optimal design values. In this paper, an axisymmetric shell element for the multi‐step inverse analysis is developed for more accurate prediction of design variables such as the initial blank shape, strain distributions, and intermediate shapes, etc.The algorithm has been applied to deep drawing processes for both thin and relatively thick sheet metal. Numerical examples demonstrate that the proposed combination of shell element and multi‐step inverse analysis can provide more precise results than the previous algorithms used in inverse analysis. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

对称地下结构抗震分析的边界强制反应位移法

基于土-地下结构体系拟静力推覆试验的需求,该文探讨一种模型侧边界强制施加水平位移的对称地下结构地震反应简化分析方法,即边界强制反应位移法。该文详细介绍了这一边界强制反应位移法的实施步骤及基本特点,并以1995年日本阪神地震中破坏的Daikai车站为算例,将该文方法、传统的强制反应位移法及动力时程方法计算结果进行了对比分析,结果表明:当模型宽度取值合理时,该文方法计算精度远高于传统的强制反应位移法,结构内力和层间位移误差在15%以内,是一种有效的对称地下结构抗震简化分析方法。同时,该文分析了拟静力模型中侧边界强制位移传递的衰减规律,可为土-地下结构体系拟静力推覆试验提供一定的参考。     

曲梁弯扭屈曲分析

本文基于有限变形理论导出了薄壁曲梁位移和应变的一般表达式。从探讨薄壁曲梁弯扭屈曲的变形模态出发,考虑其弯矩作用平面内变形的影响,利用变分原理导出了曲梁稳定分析的基本微分方程。稳定分析表明,即使绕弱轴弯曲,曲梁也可能发生弯扭屈曲。对于曲率甚小的情况,本文把曲梁看作为具有初曲率的直梁,较精确地分析了初曲率对直梁弯扭屈曲临界弯矩的影响。此外,本文给出的闭合解与Timoshenko,Vlasov及Chai Hong Yoo等人的结果进行了比较,指出了其间差异的根源所在。