通用单元矩阵程序设计方法

计算单元矩阵是有限元计算的基本要素之一。一个功能齐全的有限元应用软件系统,总是要配上元素类型尽可能多的单元矩阵库,并以元素类型的多少,作为衡量系统功能的尺度之一。现在,有限元应用软件已由线性分析发展到非线性分析,由静力分析发展到动力分析,单元矩阵的计算和相应的程序设计,应有一个统一的规划。就有限元位移法而言,一旦确定了单元的位移插值函数,单元矩阵(刚度矩阵、几何矩阵、质量矩阵、非线性     

细长弹箭固有振动特性分析有限元传递矩阵法

使用有限元传递矩阵法分析了某大长径比弹箭的固有振动特性，成功求得了其固有振动频率和振型函数，计算结果得到试验验证．该方法兼备有限元法建模方便、应用范围广和传递矩阵法应用灵活、矩阵阶次低、计算速度快的优点，易于分析复杂变截面结构弹箭的振动特性，并且可直接利用商业有限元软件得到该方法仿真所必需的质量矩阵和刚度矩阵．     

考虑间隙运动副的桁架单胞等效建模与分析

本文主要研究了含间隙运动副桁架单胞的等效建模方法.主要考虑了桁架单胞的等效刚度问题以及阻尼问题.首先从间隙铰链开始研究,提出全面的铰链模型;其次提出用位移法将桁架单胞等效成板,即把桁架单胞看成是由梁元组成的钢架结构,运用平面钢架位移法得出桁架单胞的等效刚度矩阵,进而得出结构的整体固有频率和等效后的板的刚度矩阵.最后用有限元软件ANSYS对单胞结构在不同边界条件下进行了模态分析,将在自由边界条件下的固有频率和解析得出的频率做了对比,发现二者有很好的吻合度.结果表明由于间隙运动副的存在,使得桁架单胞结构的刚度降低,柔性增强.     

基于刚体运动与弹性运动的机械系统动力学建模研究

讨论了具有刚体运动与柔性变形的机械系统的动力学建模,将刚体自由度与弹性变形自由度看作广义坐标,利用有限元法对具有刚性运动与弹性变形的机械系统的运动与变形进行了描述,得到了以刚体位移与弹性变形位移表示的单元的广义惯性力;从应力应变入手,得到了表示单元弹性变形与几何非线性变形的结构刚度矩阵与几何非线性刚度矩阵,使用Kane方程推导了弹性连杆机构的单元运动方程,这种建模方法,可以使用在任意结构的机械系统。     

谱元法在求解刚架结构动力学问题中的应用

把谱元法应用于刚架结构的动力学响应计算和分析中.建立了杆和梁的谱单元动力学刚度阵,针对刚架结构组装了整体动力学刚度阵,建立了整体结构的运动方程,计算了结构的固有频率和时域响应,并与采用有限元方法得到的结果进行了对比.从结果中可以看出谱元法在数值模拟中的独特优势.     

非常规三角形板元(TRUNC元)的新列式及其质量矩阵和几何刚度矩阵——非常规单元系列(Ⅰ)

国际有限元权威Argyris所创立的TRUNC元是一个精度高的优秀板元．本文提出了构造TRUNC元的刚度矩阵的新列式,它是对Argyris列式的重要改进．与Argyris列式相比,本文的新列式的精度更高,结构更简单,计算量更小和编程更容易．为了使TRUNC元能用于薄板的动力与稳定分析中,本文用作者所提出的新列式方法,建立了TRUNC元的两种新的质量矩阵和几何刚度矩阵．     

有限元中的符号补偿法

本文提出了一种构造高阶有限元单元刚度矩阵在谱意义下最接近矩阵的符号方法．这种方法通过高阶单元刚度矩阵与低阶矩阵间的联系,化对高阶矩阵的构造问题为对低阶矩阵的构造问题．进而实现了对高阶有限元单元刚度矩阵谱意义下最接近矩阵的构造．     

直缝焊管成型的非线性有限元分析程序设计

论述了直缝焊管成型的非线性有限元分析的程序功能和程序设计的求解过程。该问题属于小变形弹塑性大挠度问题，是材料非线性和几何非线性的联合问题。简要介绍了直缝焊管成型过程且介绍了该问题非线性有限元程序的编写风格和特点，并给出了程序求解框图。     

格构柱非线性全过程分析与试验

针对细长臂架结构非线性效应突出、传统的线性分析已不能对其性能进行准确评估的问题,对5节空间格构柱进行有限元仿真和试验,检验仅考虑几何非线性、仅考虑材料非线性以及同时考虑几何与材料的双重非线性等3种全过程有限元分析所反映的实际意义。研究结果表明：双重非线性全过程有限元分析结果与试验得到的极限载荷相近,破坏过程一致,可为起重机设计优化和评估提供依据。     

不对中联轴器 柔性转子系统非线性动力学行为

主要研究了在滑动轴承支承下转子间具有平行不对中故障的柔性联转子系统非线性动力学行为.首先,在考虑到联轴器的连接刚度后,基于两转子间运动的几何关系和位移约束条件推导了在非线性油膜力作用下平行不对中转子系统的动力学模型,理论分析表明该系统是一个含有时变系数和强非线性特征的11自由度非自治系统.然后采用数值方法重点分析了系统的非线性振动特性,例如,系统的轴心轨迹、频谱相应,Poincaré截面等.结果表明:在较低转速时,转子的涡动轨迹在较小的范围内作同步振荡;随着转速的提高,系统出现倍周期分叉现象,以及准周期、混沌运动等复杂的非线性动力学行为.最后讨论了联轴器的连接刚度对系统运动特性的影响.     

汽车减震器橡胶连接件静刚度有限元分析

在汽车悬架设计中,汽车减震器与车体的连接多采用橡胶-钢零件作为弹性万向节,由于橡胶本身的超弹性以及零件模型的几何非线性,在较大变形的有限元计算中造成网格扭曲与畸形,为了改善车辆的乘适性,在动态冲击下达到减震降噪作用.重新划分网格进行计算是解决问题的一种途径.根据Abaqus非线性有限元分析软件中的CAE和Python模块,给出了网格充分计算基本流程.采用上述方法对汽车减震器的橡胶连接件的垂向和偏转静刚度进行了有限元计算,并与实验对比,有限元计算的误差不超过5%.     

基于等几何分析的股骨模型静力学分析

在利用人体股骨静力学分析进行假肢替换的研究中,要求置换股骨结构能承受最大载荷,因此要对其进行模型构建与力学分析.应用传统有限元方法会在模型转换过程中产生较明显的误差.为解决上述问题,采用等几何分析方法改进股骨模型的构建与分析.将人体股骨点云数据作为输入量,利用体参数化方法构建用于分析的体参数化模型.然后将该模型的参数曲面块作为单元,将其控制点作为未知量节点,对股骨模型施加边界条件和外载荷.依据虚位移原理推导子单元刚度矩阵和总体刚度矩阵.最后通过求解线性方程组得到静力分析结果,同时给出了应力分布云图.对某股骨静力学分析进行实例验证,结果表明,用等几何分析方法进行股骨静力学分析是合理有效的.     

结构尺寸对LNG低温螺旋波纹钢管弯曲性能的影响分析

基于ANSYS三维壳模型,依据结构几何尺寸对LNG低温螺旋波纹钢管进行参数化有限元建模.考虑低温环境下材料力学性能的改变和结构几何非线性因素,对弯曲载荷作用下低温螺旋波纹钢管结构力学性能进行数值模拟;分析管体弯曲失效模式和力学行为特点.改变结构几何尺寸,分析比较波峰和波谷极值应力以及管道整体力学性能,发现尺寸参数对低温波纹钢管力学性能的影响显著,分析相应的灵敏度规律,最后给出合理的截面尺寸参数.分析结果可以为低温柔性管道的结构设计提供参考.     

基于有限元刚架模型的骨架驱动网格变形算法

借鉴刚架结构在力的作用下的变形原理,将线弹性有限元方法应用于网格的变形设计中,结合骨架驱动生物运动的机制和线弹性有限元方法,提出一种运用形函数插值计算网格变形的造型算法.首先通过创建几何模型的低分辨率骨架建立有限元刚架模型,并计算网格模型顶点与梁单元自然坐标间的映射;然后交互地添加边界条件(如固支或铰支)、施加外部载荷...     

电阻层析成像有限元节点编号方法研究

有限元网格节点编号规则对整体刚度矩阵的带宽有着非常重要的影响,而正问题计算效率在很大程度上取决于整体刚度矩阵的带宽值。为了减少电阻层析成像中有限元运算时间,节省计算机的内存空间,本文在仔细研究了目前相关学者常用的一些编号方法基础上,提出了一种启发式全新"S"形编号规则,在一定程度上降低了整体刚度矩阵带宽值,减少了数据存储量,大大提高了正问题的计算效率。     

多跨下承式拱桥面内全局动力学理论与自由振动研究

为弥补高维工程结构有限元分析对结构参数优化设计等的局限,本文基于欧拉伯努利梁理论与传递矩阵法,研究大跨度拱桥面内自由振动问题.首先,基于多跨拱桥的刚度分析,建立系统的全局动力学模型.其次,基于传递矩阵法建立系统的全局动力学理论,最后,以一座四跨下承式拱桥的平面力学模型,求解其面内自由振动时的固有频率与振型,并将所得结果与用同样参数建模的有限元分析结果对比,证明本文所建理论对求解该类问题的有效性与精确性.此外,通过整桥各跨矢跨比、吊杆截面面积、拱肋惯性矩等的多组参数组合分析了该系统面内自振频率的分布规律.结果表明：随着拱桥矢高增大,系统固有频率减小,因拱桥质量的快速增加,对整桥面内刚度影响显著;增大吊杆截面面积可在一定程度内增大拱桥的面内刚度,导致系统频率在一定范围内增大,且观察到Veering现象.     

带柔性伸缩附件航天器几何非线性振动稳定性

研究由中心刚体和可伸缩柔性附件组成的非线性刚柔耦合系统，不同于大多数文献只研究柔性附件的横向弯曲变形对系统动态特性的影响，同时考虑了柔性附件的拉伸变形、截面转角变化同弯曲变形的相互耦合作用，并且以非线性几何关系作为基本出发点，建立了伸缩运动同柔性变形、姿态运动之间的非线性耦合动力学模型，然后基于能量积分和动量矩积分构造首次积分，分析了非线性耦合系统的运动稳定性。     

弯曲刚度对织物膜材褶皱特性影响仿真分析

薄膜结构弯曲刚度很低,在外力作用下容易出现褶皱,薄膜弯曲刚度影响着膜材褶皱的几何参数.与一般匀质薄膜相比,织物膜材具有更小的弯曲刚度,弯曲刚度对褶皱半波长与幅值影响很大.引入织物弯曲刚度系数,采用非线性屈曲分析方法得到织物膜材的褶皱参数,与数值仿真计算结果进行对比验证.利用非线性屈曲理论方法研究了弯曲刚度对织物膜材褶皱几何参数的影响,并且与数值仿真计算结果进行对比分析,两者结果一致.研究表明织物膜材的弯曲刚度越小,褶皱波长越小,褶皱幅值越小,弯曲刚度系数不影响褶皱区域分布.     

拉绳塔的非线性分析

本文采用有限元法解拉绳塔非线性问题。拉绳塔非线性分析问题包括在静力和地震力作用下的内力和位移、整体稳定、自振周期和振型的计算。文中推导了拉绳塔在大位移下的精确刚度矩阵,采用矩阵迭代法求解非线性方程组,在每次迭代过程中用分块直接法求解非对称方程组,并给出某一拉绳塔的部分计算结果。     

基于实例图形的几何约束满足策略

以实例图形概念，应用稀疏矩阵三角块分技术及非线性数值迭代技术，提出了有效的包括几何约束表达、有效性检验、约束分解及求解的约束满足策略。该策略还支持不完备几何约束的约束满足。