FINITE ELEMENT MODELLING OF INTERNALLY PRESSURIZED CLOSED CELL COMPOSITES

Composites composed of closed solid wall cells enclosing a fluid are examined in this paper. The analysis of their stiffness in compression includes the effects of fluids in the cell interiors. A specialized finite element program is developed to account for the internal pressure. Both two-dimensional and three-dimensional geometries are considered. The finite element calculations are then used to predict the compressive stiffness of fluid filled metal cell composites.     

模糊随机结构屈曲问题的区间有限元法

利用可靠度理论中的置信区间和模糊集理论中的λ截集方法,可以把结构中的随机参数和模糊参数转化为区间数.这时模糊随机有限元平衡方程转化为区间方程组,因此利用区间运算方法或蒙特卡洛直接抽样法可以求解模糊随机结构屈曲问题,并且得到一个区间解.如果结合结构稳定性理论,在某些特定的情况下,其计算量与求解一个相应的确定性问题有限元法的计算量相当.     

土钉支护有限元计算方法研究

本文针对上钉支护,尝试用一种新的视土钉为外力的有限元模型进行分析,模型中只出现上体单元、不另外设计土钉及土钉与土的界面单元,将土钉对土体的作用模拟成外力加在土骨架上,假定土钉与土体变形协调,通过反复的数值叠代,最终得出土钉的内力及边坡的变形．应用这一方法使程序的编制、使用等各方面都变得简单,计算量也大大减少。避免了构造界面单元等复杂工作。本文应用这一方法编制了程序,并使用这一程序对某工程实测进行计算,将计算结果与实测结果进行比较,两者吻合很好。证明这一计算方法用于土钉计算是简便可行的。     

FINITE ELEMENT MODELLING OF STRUCTURES INCLUDING PIEZOELECTRIC ACTIVE DEVICES

Finite element modelling is used to study the response of plate structures on which piezoelectric active devices are mounted. Such devices are typically small in relation to the size of the structure which can be modelled as a plate or shell structure. In modelling the response of such devices, it is necessary to use a detailed model of the device but to do the same for the whole structure is computationally expensive and unnecessary. Full three-dimensional elements are used to model the piezoelectric devices because such devices are anisotropic, couple electric and elastic fields and satisfy boundary conditions independently on the two fields. Shell elements, approximated by many flat-shell elements are used in modelling the structure. Transition elements have been derived to connect the three-dimensional solid elements in the piezoelectric region to the flat-shell elements used for the plate. This approach has merits in terms of accuracy in modelling the piezoelectric device and computational economy for the plate structure. The use of shell elements is preferred for the structure since brick elements lead to unnatural stiffening of the plate and artificially high natural frequencies. The aspect ratio of the transition elements are first optimized through a numerical study and the sensor and actuator performance of the devices is then verified. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

高层结构计算的有限元-有限条杂交法

本文提出用插值法改进传统有限条法的横向局部位移。这种改进过的方法用于高层结构计算中,很好地解决了传统方法遇到的剪力失真问题。该方法较传统有限条法计算精度高,结果可靠,未知量却增加很少。     

空气弹簧多变过程的有限元模拟

由于当前的有限元软件无法计算空气多变过程,导致空气弹簧垂向刚度预测偏差较大。为了解决这个问题,该文提出了空气弹簧多变过程有限元模拟的解决方案。基于虚功原理,推导了充气结构的有限元方程;基于理想气体状态方程,通过引入多变指数得到多变过程的气体弹性常数,并使用ABAQUS软件的用户自定义单元二次开发程序接口UEL开发了多变空气单元。通过与实验对比,发现该文提出的多变空气单元可以精确预测空气弹簧在不同频率、不同载荷和不同附加气室情况下的垂向刚度,从而验证了该文方法的有效性。     

膜结构有限元分析中的平面单元与曲面单元的比较

在对膜结构进行有限元模拟时,通常采用两种面单元形式——平面常应变三角形单元和六结点曲面三角形等参元,究竟哪一种单元形式更优一直是存在争议的问题。首先就这两种单元的有限元格式进行探讨,比较了它们在位移模式、几何方程及刚度矩阵等方面的力学本质差异;然后,通过一些典型算例,比较了它们在计算精度和计算效率等方面的优劣。分析结果表明:在有限元格式方面,曲面三角形等参元较之平面常应变三角形单元更为完备,更加符合结构的实际受力特征;在计算精度和计算效率方面,曲面三角形等参元也要优于平面常应变三角形单元;因此,从结构精细化分析的角度来看,宜采用曲面三角形等参元来进行膜结构有限元分析。     

等效体积单元(RVE)在砌体有限元分析中的应用

本文回顾了砌体有限元分析中的常用单元模型;提出了等效体积单元(RVE)的概念;详细分析了等效体积单元(RVE)的力学特性、破坏与失效模式;并应用等效体积单元(RVE)进行墙体的有限元分析.     

基于摄影测量的充气膜结构有限元建模方法

为了对正常使用过程中的充气膜结构进行荷载和动态特性等进一步分析和安全评价,提出了基于摄影测量的在役充气膜结构有限元模型建立方法。首先,采用三维摄影测量法对正常使用过程中的充气膜结构外形进行测量,并利用压力传感器测得相应的充气内压。然后,基于测量的外形及内压,将连续的膜面离散为膜线,并将内压按从属面积分配到相应的节点上,应用引入线性调整理论的索杆体系找力分析理论对膜线的力密度进行计算。随后,基于杆系结构平衡矩阵理论和小变形假定,应用非线性协调矩阵广义逆法,对结构的零应力态进行求解。最后,将得到的零应力态作为初始模型,利用有限元软件对其进行充气数值模拟,得到正常使用状态下的充气膜结构有限元模型。通过ETFE气枕模型的测量试验,验证了所提出的方法。     

REFINED CONSISTENT FORMULATION OF A CURVED TRIANGULAR FINITE ROTATION SHELL ELEMENT

The present paper considers a finite rotation formulation for curved shell elements with rotations about the element sides as nodal degrees of freedom. Attention is mainly on the derivation of a consistent finite rotation formulation. Significant simplifications of the governing equations are presented. These simplifications lead to more efficient finite element implementations. Numerical examples demonstrate the differences between the present consistent and previous approximate formulations.     

板桁组合结构空间计算的板桁梁段有限元法

本文考虑了板桁组合结构桥面板的局部屈曲，剪力滞后和板桁梁段截面畸变、翘曲、扭转与剪切变形的影响，利用横向有限条带法构造了桥面板板段的局部空间变位模式，提出了板桁梁段有限元法。该方法自由度少，计算精度高，能用于大型板桥组合结构的空间计算。     

海冰与直立结构相互作用的离散单元数值模拟

在冰区油气开发中,海冰会导致海洋结构的强烈振动,并对结构累积疲劳损伤、上部油气管线和设备,以及操作人员健康构成很大的威胁。在海冰与直立海洋结构的相互作用中,冰荷载的幅值和频率一直是海冰工程研究的重要内容。该文针对海冰与直立海洋结构作用中的破碎过程,建立了海冰的离散单元模型。它将海冰离散为若干个规则排列且具有粘接-破碎功能的颗粒单元,并通过海冰单轴压缩试验对单元间的粘接强度进行确定;在此基础上对直立海洋平台结构的作用过程进行了数值计算,获得了不同桩径下的冰荷载和结构冰振响应,为冰区平台结构设计和现役海洋结构的疲劳寿命评估提供了参考依据。     

A SET OF HYBRID EQUILIBRIUM FINITE ELEMENT MODELS FOR THE ANALYSIS OF THREE-DIMENSIONAL SOLIDS

In this paper an approach to the formulation of equilibrium elements for the analysis of three-dimensional elasticity problems is presented. This formulation is an extension of the approach previously proposed for the analysis of two-dimensional elasticity problems. The general aspects of the formulation remain unchanged when applied to the new problem, but new points are considered, namely the way to perform volume integrations for general elements and the techniques used to obtain the self-equilibrated three-dimensional stress approximation functions. The numerical behaviour of such elements is presented and discussed.     

UNIFIED CONSTRUCTION OF FINITE ELEMENT AND FINITE VOLUME DISCRETIZATIONS FOR COMPRESSIBLE FLOWS

A framework for the construction of node-centred schemes to solve the compressible Euler and Navier–Stokes equations is presented. The metric quantities are derived by exploiting some properties of C⁰ finite element shape functions. The resulting algorithm allows to implement both artificial diffusion and one-dimensional upwind-type discretizations. The proposed methodology adopts a uniform data structure for diverse grid topologies (structured, unstructured and hybrid) and different element shapes, thus easing code development and maintenance. The final schemes are well suited to run on vector/parallel computer architectures. In the case of linear elements, the equivalence of the proposed method with a particular finite volume formulation is demonstrated.     

钢筋混凝土结构空间有限元分析的体梁组合单元

本文提出了一种用于钢筋混凝土结构空间有限元分析的体梁组合单元模型。该模型将混凝土体元内的钢筋作为能承受轴力、剪力、弯矩和扭矩的梁元,根据钢筋和混凝土在单元内的位移协调条件和虚功原理将两者组合成一个单元。体梁组合单元模型能较全面地反映混凝土内钢筋的力学效应,能适应钢筋的任意布置方式,容许用较大的单元对结构进行离散,解决了大型钢筋混凝土结构有限元分析的单元划分问题。数值算例及其与解析解的比较演示了模型的可行性和精度。     

A BRIEF HISTORY OF THE BEGINNING OF THE FINITE ELEMENT METHOD

This paper presents summaries of the works of several authors associated with the invention of the analysis technique now referred to as the finite element method. It stresses the notion of first development from which subsequent ideas evolved and gives what is believed to be an accurate record of the historical sequence of published papers in the international literature.     

复合材料气瓶的有限元建模与屈曲分析

复合材料气瓶在空间系统中逐渐取代全金属气瓶而得到越来越广泛的应用.利用ANSYS大型有限元程序建立复合材料气瓶及其内衬的有限元模型,建模中将纤维缠绕层作为复合材料层合板处理,考虑了封头处缠绕层厚度及缠绕角沿子午线不断变化的情况.建立了气瓶整体结构的特征值屈曲分析与非线性屈曲分析有限元方程,并分别进行了气瓶整体结构和内衬的外压失稳(屈曲)分析计算,得出了气瓶整体结构及内衬的屈曲模态形状和临界外压.     

钢框架梁柱端板连接的非线性有限元分析

运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,对8个不同形式、不同构造的钢框架梁柱端板连接进行了非线性有限元分析(FEA),并与相应的试验结果进行了全面对比分析。比较结果表明:该文的有限元模型不但能够准确地分析计算各种类型和不同构造的钢框架梁柱端板连接节点的整体受力特性,包括承载力、弯矩-转角(M-φ)曲线、极限变形状态等,还能有效地分析计算节点及其组件的细部受力特性,包括高强度螺栓的预拉力,端板和柱翼缘之间的接触状态,以及节点域、端板、螺栓、端板加劲肋、节点域加劲肋等组件的受力状态,为进一步运用该模型对各种形式和构造的端板连接进行全面的有限元参数分析计算提供了正确性依据。同时,有限元分析还给出了螺栓预拉力引起的接触面预压力分布、荷载作用下接触面的摩擦力分布以及节点的主应力流分布等对于全面和深入理解端板连接节点受力特性非常有意义但是又难于通过试验进行测量的结果。     

大挠度索结构的非线性有限元分析

本文基于有限元理论,将大挠度索离散为一系列小挠度索单元,推导出索结构的刚 度矩阵的显式。应用本文介绍的方法,可以计算任意挠度、作用有任意荷载的索结构。经过 算例对比,表明本文方法对于求解索结构是一种很好的方法。