一种三维线弹性随机数值均化方法

对小变形下具有随机微观结构非均质材料的数值均化问题进行了研究.当考虑材料微观结构形态、各组分性质的随机性及相关性时,基于多尺度有限元方法和蒙特卡罗法,建立了非均质材料的随机均化模型.求出了不同边界条件下的随机有效量及其数字特征值以及有效量之间所具有的相关性.考察了随机微观结构参数对随机有效量以及表征体积单元中应力分布的影响.结果表明,在分析非均质材料的宏观有效力学性质时,考虑材料微观结构中客观存在的随机性和相关性非常重要.     

基于随机因子法的桁架结构有限元热分析

对随机参数桁架结构在随机外界温度场作用下的分析方法进行了研究.基于有限元方法,利用随机因子法建立了桁架结构的物理参数、几何参数和外界温度场分别或同时具有随机性时的结构有限元方程,应用求解随机变量函数统计矩的代数综合法对结构响应(位移和热应力)的数字特征计算表达式进行了推导.通过数值算例,分析了各种随机参数的随机性对结构位移和热应力响应的影响,并验证了文中模型和方法的合理性与可行性.     

随机弹性杆在随机瞬态温度场下的热响应分析

研究弹性杆在其物理参数、温度场同时具有随机性时的热响应。利用隐式差分法求解随机瞬态温度场,结合Monte-Carlo模拟法得到各时间节点处结构温度场分布的数字特征。利用随机因子的有限元法推导出在各时间节点处结构位移和单元应力响应的均值和方差计算表达式,其中加入了随机机械载荷的影响。通过悬臂杆的算例,得到结构各节点位移响应及单元应力响应在瞬态变温阶段内均值和均方差的变化规律;并考察了在随机力载荷和随机热载荷共同作用下,各随机参数的分散性对响应分散性的影响。     

考虑缺陷的轴压功能梯度材料圆柱壳的弹塑性屈曲分析

针对功能梯度材料圆柱壳的考虑缺陷的弹塑性屈曲问题,采用有限元软件ABAQUS进行了数值模拟与分析。分析中采用叠层模型和TTO模型,充分考虑了材料的物性特性,即材料的物理非线性和前屈曲几何非线性的影响。计算得到缺陷作用下的弹塑性功能梯度材料圆柱壳的屈曲临界荷载和变形模式,研究了壳体厚度、组分参数对屈曲临界状态的影响。     

不同功能梯度材料组分板件的跨尺度动力特性分析

从制备时给定材料组分分布出发计算功能梯度板件宏观三维动力特性.利用细观元法对具有复杂细观构造的构件进行宏观单元剖分,每个宏观单元内部含有复杂的微结构构造.根据宏观元内细观构造及各组成材料分布情况,进一步将宏观元细分为密集的细观元,通过协调条件使细观元结点上力学量转换为宏观单元上结点自由度变量,建立三维动力分析数学模型.该方法可实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过渡分析,而计算单元与自由度又等同一般常规有限元,却使得组成功能梯度板件的各种材料组分分布得到反映.利用细观元法对由不同材料组分分布及不同材料复合而成的功能梯度板件进行三维动力分析,分别给出了其三维固有频率及振型的三维分布.结果表明:不同材料组分复合对功能梯度材料结构三维宏观动力响应有较大影响.     

随机参数板梁组合结构有限元分析的随机因子法

以随机物理参数板梁组合结构为对象,研究了其在随机力作用下的有限元分析方法．利用随机因子法,建立了结构的弹性模量和外载荷同时具有随机性时结构的有限元方程;利用代数综合法推导出结构位移和应力响应的均值、方差的计算表达式．通过算例,分析了结构物理参数和外载荷的随机性对结构位移和应力响应的影响,并验证了文中模型和方法的合理性与可行性．     

区间参数智能梁结构闭环系统动态特性分析

以区间参数压电智能梁结构为研究对象,建立了基于位移反馈控制结构闭环系统动态特性分析的有限元模型.在材料物理参数和几何尺寸等为区间变量时,分析了结构质量矩阵和刚度矩阵的不确定性.并从求解结构振动动态特性的Rayleigh商出发,利用区间变量运算法则推导出了结构闭环系统固有频率的数字特征表达式.通过算例,考察了区间参数对结...     

随机参数桁架结构的有限元与可靠性分析

对随机参数桁架结构在随机荷载作用下的有限元分析方法进行了研究.分别或同时考虑了结构的物理参数、构件的几何尺寸和作用荷载幅值等的随机性;应用代数综合法,对结构位移和应力响应随机变量的数字特征计算表达式进行了推导,进而得到结构各响应量的可靠度指标.通过算例表明文中提出的基于概率的随机桁架结构分析与可靠性分析方法的合理性与可行性.     

基于概率的工程结构动力响应分析

研究了结构动力响应的概率分析方法,推导了结构物理参数和作用荷载幅值同时具有随机性时结构动力响应随机变量的数字特征的计算表达式,提出了随机荷载激励下随机参数结构动力响应分析的求解方法。     

随机参数链式机械系统动力特性分析

对求解结构固有频率的传递矩阵进行扩阶,推导了链式机械系统振动分析的扩阶传递矩阵算式．利用扩阶的传递矩阵和系统的边界条件建立了求解系统固有频率的高次代数方程,并应用数值方法求解．建立了随机性结构参数的链式机械系统动力特性分析模型,利用Monte Carlo数值模拟方法获得系统的特征值随机变量的数字特征．两个算例验证了这种模型的合理性和求解方法的正确性,计算出随机参数机械系统固有频的率均值和方差,分析了结构参数的随机性对系统动力特性的影响．     

Dynamic characteristics analysis for the random FGM beam

The uncertainty in effective physical properties is inherent since the manufacturing and fabrication processes of FGM (Functionally Graded Materials) are extremely complex. Based on the high-order shear deformation theory, the finite element model is developed for the FGM beam with material properties varying in the axial direction, taking into account the shear deformation. Using the moment method of the random function, the statistics of dynamic characteristics for the FGM beam is calculated, and the effect of random constituent material properties on the dynamic characteristics for the FGM beam is systemically investigated in the case of different volume fraction indexes. The Monte-Carlo method is used to verify the presented method. Numerical results show the dominant effect of the constituent volume fraction index on the dispersion in dynamic characteristics, and the dispersion in modal frequencies becomes higher when more material properties are considered random, and the dispersion in mode shapes depends mainly on the randomness of constituent material mass densities, while the volume fraction index and random elastic modulus of constituent materials have little influence on mode shapes.     

单壁碳纳米管静、动态屈曲问题的分子结构力学模型

采用分子结构力学方法研究单壁碳纳米管的静、动态屈曲问题.用分子框架结构模型模拟碳纳米管的原子结构,碳原子之间的共价键被模拟为框架梁单元,碳原子被模拟为单元节点.通过能量等价原理建立基于分子结构力学的局部原子势和计算结构力学单元应变能之间的关系,得到梁的截面参数.建立了单壁碳纳米管等效梁单元空间框架的静、动力屈曲有限元模型,研究了单壁碳纳米管在轴向载荷作用下的屈曲变形和临界屈曲应变,并与连续介质力学模型及分子动力学的结果进行了比较.     

碳纤维复合材料周铣加工过程的数值模拟研究

为了对碳纤维铣削过程进行研究,建立了碳纤维复合材料三维周铣加工的有限元计算模型,并研究了切削层简化及材料去除等建模关键技术。通过将周铣力施加到碳纤维复合材料的有限元计算模型,研究了铣削力对碳纤维复合材料的周铣加工过程。通过数值模拟获得了碳纤维复合材料铣削过程中的应力分布情况,数值模拟为碳纤维复合材料切削参数及刀具参数优化研究提供了参考。     

预应力混凝土梁模态分析的有限元软件实现

为建立预应力混凝土梁模态分析的有限元模型,以ANSYS有限元分析软件为例,提出预应力混凝土梁式结构在利用大型有限元软件进行模态分析时,可采用初应变法施加预应力,并且将混凝土受到的预压力影响转化为对单元材料弹性模量的影响,通过对变弹性模量的有限元模型进行模态分析,得到预应力混凝土梁在各级预应力下的自振频率和振型.通过与试验值对比可知,改进后的有限元模型可以用于预应力混凝土梁的模态分析.     

区间参数鼓式制动器简化模型的瞬态温度场数值分析

依据传热学理论和鼓式制动器的结构特点,建立了制动鼓瞬态温度场数值模拟的有限元计算模型。考虑鼓式制动器导热中物理参数和边界条件的有界不确定性,将其参数和边界条件均视为区间变量。在有限元离散和时间差分方法基础上,将区间有限元分析同摄动方法相结合,导出了有界不确定性参数瞬态温度场响应上下界的摄动计算公式,获得了鼓式制动器结构的瞬态温度场响应的范围。计算结果说明了所提出方法的可行性和有效性。     

津保铁路矮塔斜拉桥的动力特性

以津保铁路矮塔斜拉桥为例,应用大型有限元软件Midas／Civil对该桥建立全桥模型,采用子空间迭代法对其进行动力分析,得出该桥的自振频率和振型,并讨论了边界条件对其动力特性的影响．计算结果表明：设置辅助墩能明显提高结构的整体刚度,并对结构的自振频率和振型有较大影响．研究结果可为同类型矮塔斜拉桥的设计和施工提供参考．     

复杂组合结构的有限元模态分析

目的　建立某大功率柴油机机体 +曲轴组合结构的有限元模型 ,并对其进行有限元模态分析 .方法　应用动态子结构法建立有限元模型 ,用虚拟材料来模拟其结合面的动态性能 .结果　计算出前 5阶固有频率和主振型 ,与试验结果比较吻合 .结论　说明所建机体 +曲轴组合结构的有限元模型正确 ,为其下一步的动力学仿真研究奠定了基础     

碳纳米管的力学特性及其在改善水泥基材料性能中的应用

通过理论分析和数值模拟研究了碳纳米管的力学性能参数和其在轴向压缩以及弯曲荷载作用下的屈曲行为,并进行了用碳纳米管提高水泥基复合材料强度和韧性等力学性能的实验.结果表明:当好的分散效果被获得后,水泥基复合材料的强度和韧性可以得到明显的改善,而碳纳米管容易发生屈曲的特性是影响其作为理想增强材料的一个内在原因.     

基于模态分析的印制电路板振动可靠性研究

采用有限元方法对印制电路板进行了模态分析,依据有效模态质量和模态振型分析了振动环境下配制电路板的薄弱环节．根据印制电路板的特点建立了有限元模型,通过模态分析得到了各阶固有频率与固有振型,然后利用有效模态质量找出了对系统响应影响较大的各阶模态．模态分析结果显示,该印制电路板的固有频率偏低．本文从安装方式和印制电路板材料属性方面分析了提高印制电路板固有频率的方法,通过改进设计能够有效地提高其振动可靠性．