基于线性互补原理的干摩擦振动系统非光滑数值算法

基于集值库仑定律的互补特性和Newmark速度求解格式,将干摩擦振动问题转化为线性互补问题,提出了Newmark-LCP非光滑数值算法.算法将干摩擦系统的不同运动模式统一进行LCP化处理,用互补条件代替等式条件来监测运动事件,解决了粘着区的数值不稳定问题,避免了当摩擦单元数目增加时的枚举计算量增加和算法逻辑结构复杂化问题.算例仿真表明,Newmark-LCP算法能够准确地描述干摩擦动力特性,与非光滑时间步进法相比,所给出的算法计算效率相对较高.     

基于双热电偶的瞬态流体温度测试方法研究

针对目前航空发动机空气系统瞬态温度测试频响的需求,提出一种基于双热电偶的瞬态流体温度测试方法。该方法利用两个结点大小相同但材料不同的热电偶测量流体同一空间点的温度,并基于集总参数法反推出流体真实温度,并给出考虑误差的后处理算法。基于固体导热数值计算,验证此方法的可行性及相关后处理方法的可用性。采用双热电偶装置,对管道流动温度变化进行测量,基于微细热电偶的测量结果标定两支热电偶的物性参数比,应用后处理程序实现流体温度的反推。试验结果表明:标定段的反推流体温度平均测量误差率为0.52%,校验段的反推流体温度平均测量误差率为1.6%,反推流体温度的响应速度与微细热电偶响应速度相当。     

基于SPH方法的沙粒流体起跳风速的研究

运用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics:SPH)方法对沙粒在气流中的起跳现象进行数值模拟。沙粒的起动风速一直是风沙两相流研究的重点内容。SPH方法将整个计算区域离散成两种分别代表气相的和沙粒相的单个粒子。在气相粒子的作用下,每个沙粒从起跳到在气相粒子的作用下随着气相粒子运动的过程都可以被动态地呈现出来。该文首先介绍了SPH方法基本理论,详细评述了SPH公式中的核心因素及其对数值模拟结果的影响,提出了风沙二相流的SPH数值模型;其次对数值模型进行了离散化,设置边界条件对沙粒的起跳过程进行数值模拟;最后将数值模拟结果与已有的起动风速的实验测量结果及他人的数值模拟结果进行比较,结果表明:用该方法计算的结果与前人所进行的研究结果是一致的,并且得到一些新的结论。     

大跨度结构三维随机脉动风场的模拟方法

对大跨度空间结构进行风荷载动力时程分析,首先需要获得不同节点在不同紊流方向上的脉动风速时程.在传统一维多变量谐波合成法的基础上,考虑了紊流风速在不同节点和三个方向上的相关关系,并且引入了水平风速的相位差,提出三维多变量随机脉动风速场的模拟模型.同时,利用FFT技术来代替谐波叠加的算法,以提高谐波项合成效率.通过一个算例表明模拟样本的谱密度函数、相关函数和概率统计参数与目标结果吻合得很好.这说明所提出的模型可以准确地模拟出适合大跨度结构的三维多变量随机脉动风场.     

基于双剪强度理论的混凝土板极限冲切承载力计算方法

将混凝土板的冲切破坏简化为平面应变问题,采用双剪应力三参数强度准则对冲切破坏时的混凝土板剪压区的复合应力进行分析,得到了剪压面上的极限竖向剪应力,利用静力平衡条件求得混凝土板的极限冲切承载力计算公式。与国内外246个试件的试验数据进行比较表明,该公式的计算结果与试验结果吻合良好。计算公式的计算模式概念清晰,可供结构设计时参考。     

基于钢板屈曲分析的双钢板-混凝土组合剪力墙轴压承载力计算方法

为了考虑钢板屈曲对双钢板-混凝土组合（DSCC）剪力墙的轴压承载力的影响,该文首先以4个组合墙的轴压试验为基础,采用ABAQUS建立DSCC剪力墙的有限元模型。模型中混凝土采用实体单元,钢板采用壳单元,剪力连接件采用非线性弹簧单元SpringA,并考虑了材料非线性和钢板初始缺陷。在验证有限元模型后,研究了不同参数对钢板屈曲的影响,得到了钢板屈曲应力的计算公式。分析结果表明：当钢板出现局部横向贯通屈曲时,破坏模式为屈曲位置的混凝土压碎;当钢板未发生屈曲时,破坏模式为钢板屈服;墙侧面钢板宽度较小时,侧面钢板不会发生屈曲。最后,基于钢板屈曲分析以及构件极限状态下的应力状态分析,提出了新的DSCC剪力墙的轴压承载力计算方法,引入了钢板屈曲的影响。结构表明：对比规范JGJ/T 380―2015采用的计算公式,该文提出的计算方法具有更高的精度和稳定性,可用于DSCC剪力墙的深入研究以及工程设计。     

基于扩展有限元方法的界面接触算法

该文构建了适用于扩展有限元法(XFEM)的界面接触算法,该算法具备模拟界面上粘连、滑动和分离状态的能力.对平面摩擦问题的计算结果表明,该方法对于界面接触行为的描述能力与常规接触面单元十分接近.对平面应变压剪试样中剪切带问题的模拟分析表明,该算法合理地反映了摩擦接触的耗散机制,从而避免了零能耗散现象,能够较准确地描述平面...     

基于MLS-NMM的摩擦接触问题研究

摩擦接触问题的求解是将基于移动最小二乘插值的数值流形法（MLS-NMM）应用到裂纹扩展的必经之路。该文通过结合罚-线性互补方式的施加接触边界条件,并使用拉格朗日乘子法施加本质边界条件,得出一套基于MLS_NMM的摩擦接触问题的求解体系。该方法无需节点与边界重合,则可域外布点和均匀布点,来提高插值精度和降低布点难度,尤其是接触边界处。采用罚-线性互补的方式施加接触条件,使计算格式统一而简洁,利于编程实现。通过算例表明,该方法能准确地模拟接触面的张开、黏结和滑动状态,证明该方法对求解接触摩擦问题是可行的、有效的。     

基于接触协同作用结构非线性屈曲分析

工程结构中结构或构件之间存在接触摩擦现象是较为普遍的,接触协同作用使得结构非线性屈曲问题的数值求解变得困难。该文从这一实际问题出发,采用子结构凝聚自由度的有限元方法得到基于接触界面问题的非线性有限元平衡方程,通过增广拉格朗日乘子法对接触问题的约束条件进行处理,并与柱面弧长法结合,对非线性屈曲问题进行全过程跟踪求解。算例结果表明接触协同作用对结构的非线性屈曲过程影响明显,有必要在实际工程结构设计中考虑接触协同作用的影响。     

参数曲面线投影的求精计算

本文提出了一种新的参数曲面线投影求交计算方法，基于参数域摄动原理，将求交问题转化为一系列简单的参数摄动，映射，判断，比较等运算，能有效地解决参数曲面的线投影求交计算，大量的应用的实例表明这一算法的可靠性好，计算精度高，摄动速度快，已在复杂曲面测量造型和数控加工质量分析中取得了良好的应用效果。     

结构碰撞数值模拟的一类接触算法

本文提出了用于结构碰撞数值模拟的接触算法,包括接触搜索算法和接触力算法。在全局搜索过程中,引入了立方格和链表技术,使搜索的运算量由现有的O(Nlog₂N)降低为O(N)。在局部搜索过程中使用了自由曲面造型技术,提高了搜索精度,消除了“死区”现象。为便于与现有有限元软件连接,将全局搜索与局部搜索合并进行。本文给出的接触力算法既与显式时间积分格式相容,又能充分满足接触约束条件。文中给出了数值算例。     

电梯钢丝绳的参数共振频带研究

建立了包括钢丝绳参数激励横向振动在内的电梯系统动力学模型,基于参数振动的有关理论,提出了"电梯钢丝绳参数共振频带"的概念:在电梯系统中,导致钢丝绳横向参数共振的垂直激励频率不再局限于一个单一的数值及其邻域,而是一个较宽的数值区间,该数值区间的上下限分别是钢丝绳横向振动一阶固频上下限的2倍。数值仿真验证了该观点的正确性。     

基于参变量变分原理的三维Cosserat体模型弹塑性分析与应变局部化模拟

基于参变量变分原理,该文发展了三维Cosserat连续体模型弹塑性有限元分析的二次规划算法。由于Cosserat连续体模型的本构方程中存在材料内尺度参数,该模型可以解决经典连续介质理论在分析应变软化问题时病态的有限元网格依赖性问题。数值结果表明所发展的三维Cosserat连续介质弹塑性有限元模型可以有效的模拟应变局部化现象并且该算法具有很好的数值稳定性,同时获得的数值结果具有良好的非网格依赖性。     

基于单变量分析的自适应响应面法

由于简便易行,响应面法在结构可靠度分析中获得了众多关注,其中尤以不考虑交叉项的二次响应面应用最为广泛。然而,对于与强非线性相对应的复杂极限状态曲面,二次响应面的近似精度显然不够,从而引起可靠度估计的较大误差。虽然理论上高次响应面法可以解决这一问题,但待定系数的急剧增长导致计算效率降低甚至无法实现。为此,该文以多变量函数的单变量分析为基础,提出了一种合理确定高次响应面形式的算法,可以有效地减少响应面中待定系数的数量,降低了计算的困难,并且针对可能出现的问题提出了改进措施;此外,基于数论选点策略,发展了一类适用于响应面法的数论选点方案。最后,通过算例分析对建议算法进行验证,结果表明该算法具有较好的精度和效率。     

三维弹性体移动接触边界元法的一类新方案

基于对二维弹性体移动和滚动接触边界元法的前期研究,将其中的协调离散方案推广到三维问题,提出了针对给定移动方向的三维弹性体移动接触的一种边界元协调离散方案。其中在接触面上的位移和面力都能在边界元离散意义下精确满足,因此能保持边界元法在位移计算、特别是应力计算中高精度的优势。该方案将可能接触区分成大小相等的直角三角形单元,每个直角三角形单元有6个节点,其中3个角节点是固定节点,另外在每条边上有一可动节点。可动节点的位置确定于与其接触的另一面上对应单元的固定节点及其连线的位置。在每一瞬时,每个单元可由可动节点连线分成4个三角形子单元,在每个子单元上边界位移与面力线性分布。文中给出了一些算例来验证所提出算法的有效性和高精度。     

TOPOLOGY OPTIMIZATION OF SHEETS IN CONTACT BY A SUBGRADIENT METHOD

We consider the solution of finite element discretized optimum sheet problems by an iterative algorithm. The problem is that of maximizing the stiffness of a sheet subject to constraints on the admissible designs and unilateral contact conditions on the displacements. The model allows for zero design volumes, and thus constitutes a true topology optimization problem. We propose and evaluate a subgradient optimization algorithm for a reformulation into a non-differentiable, convex minimization problem in the displacement variables. The convergence of the method and its low computational complexity are established. An optimal design is derived through a simple averaging scheme which combines the solutions to the linear design problems solved within the subgradient method. To illustrate the efficiency of the algorithm and investigate the properties of the optimal designs, thealgorithm is numerically tested on some medium- and large-scale problems. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.