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。     

基于光滑-扩展有限元法的裂纹扩展研究

为了研究裂纹扩展问题,将光滑有限元法(S-FEM)与扩展有限元法(X-FEM)相结合,形成光滑-扩展有限元法(S-XFEM)算法及程序.首先基于光滑-扩展有限元法理论,得到裂纹应力强度因子计算方法,编写适用于一般有限元法的通用程序,对含有中心裂纹的无限大平板受单向拉伸的模型进行分析.通过改变网格尺寸和裂纹角度分析对裂纹...     

Mindlin-Reissner板屈曲分析的光滑有限元法

采用一阶Mindlin-Reissner板理论(FSDT),应用光滑有限元法分析板的屈曲问题.通过使用应变光滑技术,沿单元内的光滑格子边界积分形成单元的弯曲刚度矩阵和几何刚度矩阵.为了避免剪切锁定问题,采用混合插值法计算剪切应变.利用该光滑板单元分别分析板的单轴受压、双轴受压和平面内纯剪三种情况下的屈曲临界荷载.数值算例表明,光滑板单元不存在剪切锁定问题,和混合插值四边形板单元MITC4相比具有较高的精度,而且最重要的是其对网格畸变不敏感,摆脱了传统等参元对单元形状的限制.     

裂隙介质渗流的光滑多尺度有限元法

针对材料的非均质、多尺度问题,提出了光滑多尺度有限元法。将该方法用于求解裂隙介质的渗流问题,采用双重介质模型进行模拟。利用初始时刻的全局细尺度解确定边界条件构造多尺度基函数,从而将局部非均质信息和孔隙-裂隙流体流动耦合的全局信息同时反映到多尺度基函数上,由此在粗尺度上获得精确解。光滑多尺度有限元将应变光滑技术引入到传统多尺度有限元中,简化了宏观矩阵的组装,克服了常规有限元计算刚度过硬的缺陷。计算结果表明:光滑多尺度有限元的结果与常规有限元的细尺度解有很好的一致性,并且比传统多尺度有限元计算效率高、精度好。     

第一类Fredholm积分方程的多重约束光滑化方法

为了得到第一类Fredholm积分方程的稳定解,对Phillips光滑化方法进行了改进.通过引入多重约束,并对各阶导数约束加入不同的光滑参数,得到其对应的光滑矩阵.得到了带有多重导数约束以及多个光滑参数的稳定解.数值模拟的结果表明,本文方法对函数的逼近效果比Phillips光滑化方法好.通过调整光滑参数,可以稳定求解第一类Fredholm积分方程.     

用H的棱边有限元法计算三维工程涡流问题

推导了在整个求解区域以Ｈ为变量求解三维稳态线性涡流场的公式。在涡流区采用棱单元离散,在非涡流区从节点元出发,利用节点元与棱单元插值函数的关系,推导出棱单元离散的加权余量公式。在推导过程中,自动消除了交界面处表面积分带来的方程组系数矩阵的非对称性,节省了内存。用此公式求解了ＴＥＡＭ ＷＯＲＫＳＨＯＰ ２１．０问题,对计算结果进行了分析。     

光滑点插值法应用于流固耦合的比较研究

针对传统有限元法（FEM）固体模型刚度过硬导致低阶单元求解精度较低的问题,采用光滑点插值方法（S-PIM）. S-PIM得益于梯度光滑技术能软化固体模型刚度,基于容易剖分的线性背景网格能改善固体求解精度. 采用不同的光滑域构建方式可以得到不同的固体求解器,从而在不同程度上提高计算精度. 本研究以浸没光滑点插值法（IS-PIM）为基础,在流固耦合（FSI）模型中采用较成熟的半隐式特征分离法（CBS）作为流体求解器,分别采用有限元法、边基光滑点插值方法（ES-PIM）以及点基局部光滑点插值方法（NPS-PIM）作为固体求解器,比较不同固体求解器条件下的计算精度和效率. 结果表明,与边基光滑点插值方法和有限元法相比,在流固耦合模型中采用点基局部光滑点插值法可以得到更准确的固体模型刚度,也更有利于计算精度和计算效率的提高.     

基于有限元法的转轴裂纹故障诊断研究

采用有限元方法建立转轴的模型,并求解不同裂纹位置和不同深度的裂纹转子前三阶固有频率值.将裂纹位置、深度、前三阶固有频率作为BP神经网络的学习样本,训练出定量诊断裂纹的神经网络.以不同工况固有频率作为输入,用训练好的神经网络即可预测裂纹的位置、深度.研究表明:该裂纹诊断方法精度较高,稳定性较强,易于在工程实践中进行转子裂纹定量诊断.     

基于有限元法活塞杆应力集中的研究

针对机械振打器活塞杆易于断裂的情况,利用有限元方法对气化炉机械振打器活塞杆的断裂进行了研究,得出了活塞杆Von-mises应力云图以及几何突变处不同的倒角半径对应的最大应力值.结果表明：活塞杆的最大应力发生在截面的几何突变处,且最大应力值随着倒角半径的增加而减小.其结果有助于对危险部位失效进行可行性预测,此预测对活塞杆的结构设计具有重要意义.     

基于有限元法活塞杆应力集中的研究

针对机械振打器活塞杆易于断裂的情况,利用有限元方法对气化炉机械振打器活塞杆的断裂进行了研究,得出了活塞杆Von-mises应力云图以及几何突变处不同的倒角半径对应的最大应力值.结果表明:活塞杆的最大应力发生在截面的几何突变处,且最大应力值随着倒角半径的增加而减小.其结果有助于对危险部位失效进行可行性预测,此预测对活塞杆的结构设计具有重要意义.     

Simulation of the Resin Film Infusion Process Based on the Finite Element Method

A physically accurate and computationally effective pure finite element method （FEM） was developed to simulate the isothermal resin infusing process. The FEM was based on conservation of resin muss at and instant of time and was objective of resin film infusion （RFI） fiber impregnation and mold filling . The developed computer code was able to simulate the resin infusing visually. A numerical example presented here demonstrated that compared with traditional finite element/ control-volume （FE/CV）, and FEM was physically accurate and computationally efficient.     

基于有限元法的矿用汽车车架结构分析

为了满足车辆具有良好的使用性能和较高的安全性,利用ANSYS有限元分析软件,对重型自卸车车架结构在车辆转弯和悬空工况下进行力学性能分析,通过计算求得在指定载荷和约束条件下的应力和应变分布规律,提出改进措施,并为结构的优化设计提供理论数据。     

基于梁格法及板壳有限元法的立交桥空间分析

研究了城市立交桥多股匝道交汇处的异形梁结构的空间受力特性．以某立交桥异型梁为工程背景,采用梁格法模型及板壳有限元法模型对该异型结构进行了对比计算分析,分析研究表明：相对于实体板壳有限元法,梁格法作为一种介于平面和实体有限元方法之间的结构计算方法,其计算简便、高效、实用,可以用于工程设计．     

有限元等参单元退化模式研究

针对结构分析中常遇到单元退化问题,研究二次等参单元的结点与形状退化形式,以及退化单元的收敛性.研究表明,退化单元是完备的,结点退化单元是协调的,形状退化单元是非完全协调的,即在包含了退化结点的边或面上变形是非协调的,其他边或面上变形是协调的.还对单元的应力协调性质作了详细讨论.     

梁板壳有限单元中的各种闭锁现象及解决方法

对梁元和板壳单元中存在的各种闭锁现象进行详细的分析，对现有的一些解决方法的优劣性进行比较，以使人们对闭锁现象有更深入的认识，并能有效地消除或减轻它们的不利影响.分别在二维、三维梁元与板壳单元有限元公式中引入Hellinger-Reissner混合函数或降阶积分，以减轻或消除闭锁现象对单元计算精度的不利影响.通过4个算例来阐明闭锁现象随单元受力情况、单元厚度、单元网格划分的不同而对结构非线性分析结果所带来的不同程度的影响. 结果表明，闭锁现象对结构的数值分析结果影响显著，对以受弯为主而膜应力很小甚至为零的单元，膜闭锁现象非常严重，而对薄壁单元，剪切闭锁的影响特别严重；采用单元的混合公式或在协调元中采用降阶积分，可有效地消除单元的各种闭锁现象和插值函数的误差对单元计算精度带来的不利影响，能使单元计算精度和计算效率得到显著改善.     

基于自动微分的随机有限元方法

基于自动微分技术的基本原理,结合有限元分析,提出了一种随机有限元的计算方法。采用Fortran90语言编写了计算模块,可以在计算应力和应变等响应数值的同时,快速准确地计算出应力和应变对各随机参数的偏导数值。应用该方法对高压天然气罐进行了随机结构的响应分析,其结果与蒙特卡洛方法的模拟结果基本吻合。该方法不但可以分析随机参数为载荷和材料特性的随机结构,而且还可以分析随机参数为几何形状尺寸的随机结构,特别适合于一些求不出解析解但可以用有限元计算的工程结构的随机响应分析,为随机有限元的工程应用奠定了基础。     

基于有限元法的仿生钩形深松铲耕作阻力

以仿生钩形深松铲和圆弧形深松铲为研究对象,采用通用显式非线性动力分析的有限元程序ANSYS/LS-DYNA分析了深松铲在切削土壤过程中,深松深度和前进速度对深松耕作阻力的影响,并分析了仿生钩形深松铲的减阻效果。为了验证有限元分析方法的可行性,对两种深松铲进行了室内土槽的耕作阻力验证试验。结果表明,通过有限元法模拟出的深松铲耕作阻力与室内土槽试验所测定的结果具有相同的变化趋势,利用有限元法可以分析深松铲的工作性能,并且仿生钩形深松铲的耕作阻力明显低于圆弧形深松铲。     

超声振动拉丝的有限元模拟研究

超声振动拉丝可以解决难拉拔材料和细微丝的拉拔问题.然而,由于超声振动拉丝的高速度,按照传统的实验方法,很难解决超声振动拉丝机理的进一步分析和理解.因此,尝试采用有限元方法对超声振动拉丝过程进行仿真.从机理上研究超声振动对拉丝过程的作用效果及影响,分析有关超声拉丝的规律及结论.仿真过程采用ANSYS有限元分析软件.结果表明,超声拉丝使变形更加均匀,更有利于发挥材料的塑性;在相同拉丝速度下,应力和拉拔力都有很大程度减小.可见,超声波拉丝可以提高生产效率、并降低成本.研究成果及结论可使超声拉丝理论更加完善.