土,结构相互作用问题的边界元,有限元耦合法

本文简要介绍了土、结构相互作用边界元、有限元耦合法的发展；着重对近年来应用边界元、有限元耦合法解动力相互作用问题的代表性的研究工作做了介绍，对边界元、有限元耦合法的几个问题的进展进行了综合评述，最后提出了作者对几个问题的见解。     

板结构-声场耦合分析的有限元-径向插值/有限元法

为提高板结构-声场耦合分析的计算精度,将有限元-径向点插值法(Finite Element-Radial Point Interpolation,FE-RPIM)推广到板结构-声场耦合问题的结构域分析中,推导了FE-RPIM/FEM法分析板结构-声场耦合问题的计算公式。板结构-声场耦合分析的FE-RPIM/FEM法在流体域中采用标准的有限元插值函数;在结构域中采用有限元-径向点插值法,其形函数由等参单元形函数和径向点插值函数相结合构成,继承了有限元法的单元兼容性和径向点插值法的Kronecker性质,提高了插值精度。以六面体声场-结构耦合模型为研究对象进行分析,结果表明,与板结构-声场耦合问题分析的有限元/有限元法(Finite element method/Finite element method, FEM/FEM)和光滑有限元/有限元法(Smoothed Finite Element Method/Finite Element Method, SFEM/FEM)相比,FE-RPIM/FEM在分析板结构-声场耦合问题时具有更高的精度。     

车辆变速箱声振耦合系统声学特性研究

运用声振耦合有限元理论,建立某型车辆变速箱复杂箱体、内部空腔及其构成的耦合系统的有限元模型,并分别进行相应的模态分析;在模态分析的基础上,运用多模型耦合法研究耦合系统的外部噪声响应。分析得到变速箱在声振耦合作用下的声学特性及噪声辐射规律。为进一步展开变速箱的降噪研究提供理论依据和思路。     

板结构-声场耦合分析的FE-LSPIM/FE-LSPIM法

为提高板结构-声场耦合分析的计算精度,将有限元-最小二乘点插值法(Finite Element-Least Square Point Interpolation Method,FE-LSPIM)推广到板结构-声场耦合问题的分析中,提出了板结构-声场耦合问题分析的FELSPIM/FE-LSPIM方法,推导了FE-LSPIM/FE-LSPIM分析板结构-声场耦合问题的计算公式。FE-LSPIM/FE-LSPIM方法应用有限元单元形函数和最小二乘点插值法进行局部逼近,继承了有限元法的单元兼容性和最小二乘插值法的二次多项式完备性,提高了计算精度。以一六面体声场-结构耦合模型为研究对象进行分析,结果表明,与板结构-声场耦合问题分析的FEM/FEM和光滑有限元/有限元(Smoothed Finite Element Method/Finite Element Method,SFEM/FEM)相比,FELSPIM/FE-LSPIM在分析板结构-声场耦合问题时具有更高的精度。     

基于损伤力学的岩石材料力学行为的有限元模拟

将损伤力学应用于有限元的数值分析中,本文推导了耦合损伤的有限元公式,并应用所编写的有限元程序对岩石的压缩实验曲线进行了模拟。计算结果与实验曲线吻合良好,说明用耦合损伤的有限单元法对岩石材料进行力学分析是可行的。     

磁流变减振器的电磁-流体耦合场有限元分析

根据磁流变减振器的特点,在多物理量耦合有限元分析软件包FEMLAB中建立磁流变减振器的有限元模型.对磁流变液的流变特性作适当的简化与假设,将磁场有限元计算的解转变为磁流变液流动时所受阻力的分布,采用序贯耦合法来求解磁流变减振器中的电磁-流体耦合场,并计算磁流变减振器在激励下的响应,为磁流变减振器的设计提供依据.     

耦合有限元物质点法及其在流固耦合问题中的应用

有限元法在求解大变形问题时会遇到网格畸变和时间步长严重减小的问题。物质点法在大变形问题中无网格扭曲问题,且粒子代表了物质流动,无需界面追踪算法。但在小变形问题中,物质点法的精度和效率均低于有限元法。该课题组针对冲击侵彻问题提出的耦合有限元物质点法分别采用有限元法和物质点法模拟小变形和大变形物体,物体间的相互作用通过接触算法实现,既保留了有限元针对小变形问题高精度高效率的特点,又避免了材料大变形给有限元法带来的网格扭曲和时间步长严重减小的问题,还可以自动追踪界面。在流固耦合问题中,固体变形较小而流体变形较大,因此也适合用耦合有限元物质点法求解。该文简要介绍了耦合有限元物质点法的基本原理,并将其应用于流固耦合问题中,取得了较好的效果,表明耦合有限元物质点法是分析流固耦合问题的一种有效的方法。     

用裂纹单元分析双压电材料界面力电耦合奇异场

为了求解双压电材料在机械荷载和(或)外加电场的作用下,界面裂纹尖端的力电耦合奇异场,提出了一种全数值方法。该全数值方法的实施可以分为两个部分:首先,用一维有限元方法求解不同压电材料界面裂纹尖端力电耦合奇异场特征解;然后,采用杂交有限元列式构造一种所谓的裂纹单元,在该杂交有限元的列式中,假设应力场和电位移场是利用上述一维有限元方法计算得到的特征解推导出来的;利用该单元可以得到全部的力电耦合奇异场的解。通过对单一压电材料中心裂纹尖端力电耦合奇异场的计算,该方法的准确性和高效性得到了验证;进而用该方法研究了双压电材料界面力电耦合场奇异场。     

船用柴油机油底壳声辐射计算及结构优化设计

以某船用高速柴油机油底壳为研究对象,通过测试获得油底壳激励载荷,分别利用声振耦合模式下有限元-边界元法及非耦合模式下有限元-边界元法计算油底壳辐射噪声。结果表明,不同模式下油底壳辐射声功率曲线基本吻合,油底壳与辐射介质间耦合作用可以忽略。分别利用非耦合模式下有限元-边界元法(FE-BEM)、有限元-匹配层技术(FE-AML)及有限元-无限元法(FE-IFEM)计算油底壳辐射噪声,探索了3种方法在建模规模、计算精度及计算耗时方面的差异性。研究发现,宜首选有限元-边界元法计算船用柴油机油底壳辐射噪声。为减小油底壳辐射噪声,对油底壳结构进行多目标形貌优化设计,结果表明,形貌优化可有效降低油底壳振动及辐射噪声,减少设计重复性并缩短设计周期。     

驾驶室低频噪声的声学特性分析与控制

在某卡车驾驶室结构有限元与声学有限元计算以及驾驶室声固耦合建模的基础上,进行结构模态计算分析以及试验验证。再进行声学模态分析以及声固耦合系统模态分析。考虑声—固耦合作用,利用耦合声学有限元进行了驾驶室内部声学特性研究,识别出主要噪声频率。继而进行面板声学和模态贡献量分析,找到了峰值声压产生的主要原因,确定了贡献显著的面板。通过结构改进,提升了板件刚度,抑制了结构振动,试验结果表明,驾驶室内部噪声得到较明显下降。     

级间接触耦合的失谐叶盘模态局部化问题研究

基于有限元实体建模方法,建立了燃气轮机拉杆转子中两级叶盘系统有限元模型,分析比较了有无级间接触耦合作用下叶盘系统的模态特性,重点研究了轮盘级间接触耦合效应对叶盘系统频率转向特性的影响。研究表明,级间接触耦合作用下出现了叶盘耦合振动的复杂振动形式,振动能量不再局限于单级叶盘;级间耦合作用导致叶盘系统的频率转向特性发生改变,频率转向区内的模态不再高度密集,降低了叶盘系统对失谐的敏感度。建立了叶片刚度失谐的两级叶盘系统有限元模型并进行模态分析,结果显示失谐叶盘系统模态局部化程度较低。     

板结构-声场耦合分析的FE-LSPIM/FE法

为提高板结构-声场耦合分析的计算精度,将有限元-最小二乘点插值法(Finite Element-Least Square Point Interpolation Method,FE-LSPIM)推广到板结构-声场耦合问题的结构域分析中,提出了板结构-声场耦合问题分析的FE-LSPIM/FEM(Finite Element-Least Square Point Interpolation Method/Finite Element Method),推导了FELSPIM/FEM分析板结构-声场耦合问题的计算公式。此方法在结构域中应用四边形单元形函数和最小二乘点插值法进行局部逼近,继承了有限元法的单元兼容性和最小二乘插值法的二次多项式完备性,提高了结构域的计算精度;在流体域中应用标准有限元模型进行分析。以一六面体声场-结构耦合模型为研究对象进行分析,结果表明,与板结构-声场耦合问题分析的FEM/FEM和光滑有限元/有限元(Smoothed Finite Element Method/Finite Element Method,SFEM/FEM)相比,FE-LSPIM/FEM在分析板结构-声场耦合问题时具有更高的精度。     

大范围运动柔性梁动力学分析

针对有偏心、考虑剪切的变截面大范围运动柔性梁，使用有限元方法离散柔性梁，结合非线性变形场得到耦合形函数；在此基础上得到动力学方程，仿真算例验证了有限元离散的有效性和耦合形函数的正确性。     

一种新的无网格方法与有限元耦合法

本文分析了Belytschko和Huerta提出的无网格方法和有限元耦合法各自存在的问题,提出了一种新的无网格方法与有限元耦合法。Belytschko提出的方法的缺点是,无网格方法子域和有限元法子域的界面必须是规则的,交界域内有限元不能随意划分,交界域内无网格方法的节点也不能随意分布。Huerta提出的方法的缺点是对交界域内无网格方法的节点影响域可能无法覆盖交界域。本文提出的无网格方法与有限元耦合法解决了以上两种方法存在的问题,并保留了无网格方法随意配点的优点、交界面可以不规则、提高了无网格子域内的求解精度,从而提高问题的整体求解精度。然后,建立了弹性力学的无网格方法与有限元法的耦合法。最后给出了数值算例。     

有限元-无限元耦合单桩弹性分析法

本文提出有限元-无限元耦合单桩弹性分析法,阐述了耦合分析的基本原理,并将耦合分析结果与有限元和积分法结果进行了对比分析,表明耦合方法具有计算精度高,计算时间省的特点。本文最后通过一个实例分析,将理论分析结果与试桩的实测结果进行了分析对比,表明耦合方法能对桩的弹性性状作出较好地预见,同时表明,在对桩身沉降和内力进行分析时,考虑桩周土层的非均质性是重要的。     

轨道交通驾驶室地板声学优化设计

针对某轨道交通驾驶室内噪声水平较高的问题,建立驾驶室车体声固耦合有限元模型;建立地板结构有限元模型并进行隔声量仿真计算,与地板样件实测值对比,验证有限元模型中地板结构仿真的有效性;进一步建立驾驶室车体声固耦合有限元模型并与实测数据对比验证此模型的有效性;通过实测试验优选出新的地板结构设计方案,在建立的有限元模型中应用这一地板设计方案;最后得出结论,优化的地板结构设计方案能够明显改善驾驶室内噪声。     

考虑强液-固耦合效应的发动机液阻悬置动态特性仿真研究

以某轿车发动机液阻悬置为研究对象,运用INTESIM强液-固有限元方法建立了其动态特性分析的强液-固耦合有限元模型,仿真分析了其静、动刚度特性,并和实验结果进行了对比,验证了仿真研究结果的有效性,说明利用INTESIM强液-固耦合有限元方法可以有效的仿真液阻悬置的动态特性。     

弯扭耦合层合板模态特性数值模拟与试验研究

通过不同位置采用对称偏轴铺设纤维实现层合板的弯扭耦合,利用模态试验和有限元数值模拟研究弯扭耦合层合板的振动模态特性。采用单点拾振的方法采集层合板振动数据,分析其固有频率和振型参数,研究不同耦合区域层合悬臂板的模态节线位置,并且与有限元模拟结果进行对比。提出采用模态置信因子(MAC)定量描述层合板的弯扭耦合性能的方法,实现了采用模态特性研究层合板的弯扭耦合效应。结果表明,层合板的耦合效应,在低阶模态时中部耦合板显著,而高阶模态时端部耦合板显著。     

横观各向同性土介质与结构物共同作用的有限元与边界元耦合分析

本文采用有限元与边界元耦合方法对上与结构物进行共同作用的分析．其中上部结构采用有限元子结构法，地基上考虑为横观各向同性特性，应用边界元法，通过基础界面上位移连续、面力平衡的条件进行耦合分析．编制了相应的计算程序，对某高层空间剪力培与地基的共同作用进行了计算，与有限元法和实测结果进行了对比分析，得到了满意的结果．说明：有限元和边界元的耦合方法能充分发挥两者的优越性，不失为共同作用分析的一种有效途径．     

基于有限元能量流模型的复杂耦合结构中低频段耦合损耗因子的计算

有限元能量流模型在随机宽带激励下,得到各子系统的空间及频域平均的能量,将其代入能量平衡方程,得到了柔性体之间的间接耦合损耗因子。与传统有限元模型计算耦合损耗因子的方法相比,该方法计算效率更高;与传统统计能量分析模型计算耦合损耗因子的方法相比,该方法计算精度更加可信。最后,该方法通过试验得到了验证。