压电智能板热效应分析模型的建立与仿真

通过有限元分析方法研究了压电智能板结构的热效应问题。采用了包含4个位移节点、2个电势节点和8个温度节点的有限元模型,其位移场按壳单元模型描述,电势场和温度场则按线性插值方法描述。基于虚功原理导出了热机电有限元方程,分析了温度场的改变对压电智能板结构动力特性、动力响应和输出电压的影响。通过一悬臂智能板结构的数值仿真,反映出温度变化造成的物理参数值改变对位移响应和输出电压具有一定的影响;温度变化产生的热载荷对动力响应和输出电压具有非常大的影响,表明了在智能板结构响应分析中考虑热因素的重要性。     

状态空间法分析矩形厚薄板的弯曲

基于三维弹性力学控制方程，导出矩形厚薄板的状态方程。应用三角函数来构造矩形板的两类场变量函数，即位移与应力场函数，由状态方程解出板的全部位移与应力分量，其中包括三个位移分量和六个应力分量。通过算例表明，状态空间法能获得厚薄板的统一解答，由于板作为空间问题来求解润而不会遇到象有限元求解厚薄板过渡问题时所产生的“自锁”现象。     

适用于大变形分析的平面协调梁单元

常用的平面欧拉梁单元位移插值模式应用于大变形问题的T.L.有限元分析时，不能满足单元间转动位移协调要求，降低了有限元的求解效率和计算精度.针对该问题，导出了Lagrangian描述下平面梁单元节点转角和位移导数间的关系，根据单元间平动位移和转动位移的协调条件构造出大变形梁单元的位移插值模式.在此基础上给出了单元Green应变的表达式，并基于虚功原理得出了平面欧拉梁大变形条件下的有限单元列式.编制了采用修正牛顿法求解的有限元程序，通过数值算例验证了单元的合理性和有效性.计算结果表明，该单元具有计算量小、计算精度高的优点.     

基于MATLAB的有限元程序研究

有限元方法和MATLAB软件都是求解偏微分方程的有力工具，有限元方法的每个过程都是对方程进行矩阵的转化，而MATLAB是进行矩阵计算的工具，针对FOR—TRAN语言在面向对象编程方面的缺陷，利用MATLAB强大的矩阵运算能力和面向对象的交互式编程语言实现了有限元的数值计算过程，用两个算例进行了验证，相同节点位移比在1．0222～0．9750之间，满足工程需要，且MATLAB所需的代码比较少，可读性高．     

注塑模冷却系统的有限元分析

本文利用有限单元法，采用四边形四节点等参单元，对注塑模二维非稳态温度场进行了数值分析，推导了有限元方程并研制了求解程序软件，在盒状注塑模实例运算中，通过改变冷却系统设计参数，所得温度场等温线与实验结果相符，验证了有限元求解的可靠性。     

二维不可压N-S方程二次四边形单元有限元解

粘性不可压流体问题是众多工程中重要的力学问题.数值求解Navier-Stokes方程会遇到两大困难：非线性和不可压性.针对二维不可压Navier-Stokes方程的特点,建立了以流函数为求解变量的四阶微分控制方程,有效地避免了处理涡量边界的难题.采用8节点二次四边形单元,单元基函数为2次非线性高阶函数,建立了求解二维不可压N-S方程的有限元方程,并自主开发了二次四边形单元有限元程序.数值实验结果验证了该方法的精确性和可靠性.因此,该方法在计算流体力学中有较好的应用前景.     

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.     

用状态方程求解瞬态电磁场

描述导体中瞬态电磁场问题的基本方程是涡流方程－ 将涡流方程进行空间离散以后,在每个离散节点上所得到的空间离散方程与动态电路中一种典型节点所形成的节点电压方程有相同的形式－ 根据相似理论,整个离散后的瞬态场域可用一个动态网络进行模拟－ 由于每个节点电压恰好为每节点上等效电容电压,因此,整个离散场域便可由一组状态方程来描述－ 这样,求解瞬态电磁场问题就转化为状态方程的求解问题－ 通过实例计算,得到比较满意的结果－     

绘制静电场电力线的有限元方法

对于二维静电场问题,应用传统有限元方法可以计算节点电位和单元电位移分布。基于电位函数和电通量函数的共轭调和性质,本文提出一种由单元电位移分布数值求解节点电通量分布的有限元方法,进而绘制出等电通量线——电力线。这个方法不仅适用于平行平面场,也适用于轴对称场。实例计算表明:这个方法是二维静电场有限元分析软件包中一个有效的后处理方法。     

基面力概念在余能原理有限元中的应用

为了改进传统的余能原理有限元方法,利用基面力概念,提出了一种具有边中节点的单元,推导出一种余能原理有限元柔度矩阵精确表达式的具体形式和节点位移显示表达式,运用广义余能原理中的Lagrange乘子法得到以基面力为基本未知量的余能原理有限元法的支配方程,编制出相应的MATLAB语言有限元分析程序．研究结果表明数值解与理论解相吻合．     

基于ABAQUS大型地下洞室群分期开挖动态模拟

基于三维弹塑性有限元数值计算理论,借助ABAQUS/standard求解模块分析大型地下洞室群分期开挖围岩稳定.利用"生死"单元将地下洞室开挖问题转换成简单的加载问题,从而实现分期开挖问题的动态模拟.建立如美水电站地下厂房三维有限元模型,初始地应力三维有限元反演,二次平衡岩体初始地应力,得到初始应变为零且位于屈服面内的初始应力场.采用D-P弹塑性岩体本构模型,计算了分期开挖过程中位移场、应力场并分析了其分布规律.利用面向对象编程语言Python编写脚本访问结果数据库,重新定义各类破坏区.借助ABAQUS自带的插件程序,创建新的后处理模块,拓展了ABAQUS后处理功能.     

Method of lines for temperature field of functionally graded materials

The finite element method (FEM) and the boundary element method (BEM) are often adopted. Howev er, they are not convenient to spatially vary thermal properties of functionally graded material (FGM). Therefore, the method of lines (MOL) is introduced to solve the temperature field of FGM. The basic idea of the method is to semi-discretize the governing equation into a system of ordinary differential equations (ODEs) defined on discrete lines by means of the finite difference method. The temperature field of FGM can be obtained by solving the ODEs. The functions of thermal properties are directly embodied in these equations and these properties are not discretized in the domain. Thus, difficulty of FEM and BEM is overcome by the method. As a numerical example, the temperature field of a plane problem is analyzed for FGMs through varying thermal conductivity coefficient by the MOL.     

突变理论在地质力学模型试验失稳判据中的应用

地质力学模型试验是研究高坝工程稳定安全性的重要方法之一,如何较准确的通过测试结果建立大坝失稳判据,判断坝与地基的失稳破坏过程,得到综合稳定安全系数,是地质力学模型试验的关键技术问题。本文由突变理论及其相关性质,选用较为成熟的尖点突变模型及其标准势函数公式,推导出相应的失稳突变判别式,建立基于尖点突变理论的失稳判据,并通过相关算例进行有限元分析,依据计算成果的变位—超载倍数关系,提出超载安全系数,并与有限元塑性区贯通、计算不收敛等失稳判据对比分析,印证尖点突变模型失稳判据的可靠性和适用性。再将其应用于丹巴水电站地质力学模型试验中,试验结果给出了闸坝在正常蓄水位和降强之后超载作用下的位移场,获得了闸坝的变形及分布特征、揭示了裂缝发展的全过程及其破坏机制,得到降强系数为 1.18,超载系数为 1.8～2.0,确定了闸坝整体稳定安全系数为 2.12～2.36。根据尖点突变理论,由试验测试成果建立相关失稳判据,据此提出破坏过程及综合稳定安全系数,并与常规地质力学模型试验分析成果进行对比,分析结果验证了基于地质力学模型试验测试成果的尖点突变模型失稳判据的合理性。     

Modeling of an ionized electric field on the building near the UHVDC transmission line

In this paper,a 3D upstream finite element method is developed to analyze the ionized electric field around the UHVDC transmission lines including the building near it.The ionized electric field around the building is reduced due to the shielding effect of the building and the shielding distance is about three times its height.The ionized electric field including the human body model on the building and away from the building is also taken into account.The ionized electric field distortion ratio of the human body model is discussed in this paper.The distortion ratios for the positions on the building are less than those on the ground.     

高压断路器三维电场数值仿真

运用有限元法对罐式SF6断路器断口附近三维电场进行了数值计算,以计算机辅助绘图为支撑,完成了SF6断路器三维电场的数值仿真。在三维电场数学模型的建立中考虑了屏蔽罩和并联电容器组的存在;对断路器不同三维剖面的等电位线分布及电场分布情况进行了分析;并将计算结果进行了三维图形可视化处理及显示。     

Method of lines for temperature field of functionally graded materials

The finite element method (FEM) and the boundary element method (BEM) are often adopted. However, they are not convenient to spatially vary thermal properties of functionally graded material (FGM). Therefore, the method of lines (MOL) is introduced to solve the temperature field of FGM. The basic idea of the method is to semi-discretize the governing equation into a system of ordinary differential equations (ODEs) defined on discrete lines by means of the finite difference method. The temperature field of FGM can be obtained by solving the ODEs. The functions of thermal properties are directly embodied in these equations and these properties are not discretized in the domain. Thus, difficulty of FEM and BEM is overcome by the method. As a numerical example, the temperature field of a plane problem is analyzed for FGMs through varying thermal conductivity coefficient by the MOL. Foundation item: Project (90305023 and 59731020) supported by the National Natural Science Foundation of China     

热障涂层对活塞温度场影响的三维分析

为提高内燃机的工作效率和使用寿命,以表面涂覆热障涂层的发动机活塞为主要研究对象,综合分析热障涂层对活塞温度场的影响.建立了热障涂层活塞的三维模型,运用有限元软件对其进行了温度场分析计算,考察了不同涂层材料和涂层厚度对活塞温度场的影响情况.研究结果表明:0.4mm厚的ZrO2陶瓷涂层可使活塞的隔热效果提升约8.8%,并且隔热效果明显优于Al2O3、Si3N4和SiC;ZrO2涂层厚度每增加0.5mm,活塞金属基体顶面的最高温度下降约3.2℃,陶瓷涂层顶面的最高温度上升约8.3℃.