有限体积法的实体结构静力学随机分析

为了研究各种随机因素对结构分析及结构设计的影响,考虑有限体积法的基本方程离散简便,提出了将有限体积法与摄动法相结合来解决实体结构静力学随机分析的问题。采用摄动有限体积法建立了实体结构静力学随机分析的基本模型,推导了实体结构静力学随机分析的基本方程,计算了实体结构响应量的均值和方差等数字特征。通过算例分析,对比分析了有限体积法、Monte-Carlo法的计算结果:响应量的均值和方差的相对误差的最大值为0.59%,可以证明该方法计算精度较高;摄动有限体积法的计算时间为20 s,Monte-Carlo法的计算时间为110 000 s,说明该方法的计算效率高。     

有限体积法的弹性结构动力学随机分析

为了研究随机载荷对弹性结构动响应随机性的影响,基于有限体积法(FVM)发展了一种求解弹性结构随机动响应统计特性的计算方法.基于FVM的控制方程推导出响应量对基本随机变量偏导的显式求解方程,接着将响应量在随机变量的均值点处进行泰勒展开,并在展开式两端同时取均值或方差可求得响应量的均值和方差;最终,考虑炸药的装药量和爆距作...     

钢筋混凝土结构疲劳时变可靠性分析

钢筋混凝土结构在疲劳荷载作用下材料要发生劣化,从而结构抗力降低,可靠度发生改变.笔者应用非线性有限元理论计算出结构"危险部位"钢筋和混凝土材料的疲劳应力,通过材料疲劳过程中强度和刚度的损伤劣化模型计算出结构的剩余抗力,并对其进行时变可靠性评估和剩余疲劳寿命预测.其研究方法适用于复杂结构形式和任意边界条件的钢筋混凝土结构疲劳验算和可靠性评估.     

高阶有限体积法研究

在有限体积法的基础上,提出了几种基于Caresian坐标系下的空间显式、隐式高阶离散格式和高阶解重构算法。采用高阶紧致滤波替代二阶、四阶人工耗散抑制Euler方程计算中的非线性高频振荡现象。以Sculley涡在二维均匀无粘流场中的非定常传输为算例,分析了不同格式的耗散误差和相误差。     

预测消声器声学性能的时域非结构有限体积法

为了探讨时域有限体积方法(FVM)在消声器声学性能预测中的应用,采用交错非结构FVM求解线性声波动方程,并进行数值色散分析给出相应的稳定性判据,运用吸收边界条件改进时域脉冲法,并用于预测消声器的声学性能.利用该方法模拟外插管消声器传递损失,结果与商业软件SYSNOISE有限元计算结果、文献实验结果均吻合良好,证明该方法预测抗性消声器声学性能的准确性.分析2种出口管位置蒸汽消声器的声学性能,验证了该方法的正确性及对大网格数模型的良好适用性.     

蒙特卡洛法结构可靠性分析

在概率分析基础上提出结构可靠性的新概念、新原理、新方法与衡量标准,综合考虑结构物中多种不确定因素,从而对结构物的安全性进行评价。蒙特卡洛法结构可靠性分析是通过随机模拟和统计试验来求解结构可靠性的近似数值方法。首先介绍如何利用蒙特卡洛法对所取的荷载和材料参数进行模拟,产生其各自的随机数,然后用蒙特卡洛法计算结构的失效概率。该方法回避结构可靠性分析中的数学问题,具有直接解决困难的能力。     

剩余强度衰减的混凝土结构疲劳可靠性分析

混凝土结构疲劳破坏是实际工程中主要存在的一个问题,它的疲劳破坏机理比静力承载能力的破坏机理复杂,而且影响因素较多,大量实验数据显示,混凝土结构的疲劳强度是随机的,需运用概率理论和可靠度理论相结合对其进行分析。本文基于随机有限元法,利用ANSYS有限元分析软件,以混凝土重力坝在低周地震荷载工况为例建立三维有限元模型,进行随机疲劳可靠度分析,计算结果表明:采用剩余强度衰减模型进行疲劳可靠性分析在工程结构抗疲劳设计中具有适用性。     

结构系统疲劳裂纹形成寿命的可靠性分析

以Miner线性累积损伤理论为依据，在全量加载方法的基础上提出了在给定外载和使用寿命条件下计算结构系统疲劳寿命可靠度的阶段分枝-约界法。采用此方法对典型结构系统在对称循环外载作用下的疲劳寿命可靠度进行了数值计算，由此提出一些有益的建议和结构。     

船体结构疲劳可靠性分析的直接计算方法

针对船体结构疲劳寿命预报的可靠性问题,采用三维势流理论和整船有限元分析的谱分析直接计算方法,得到各短期海况和长期海况的应力参数,给出整个寿命期总的疲劳累积损伤。考虑疲劳分析时涉及的诸多不确定性因素,得出船体结构的疲劳寿命可靠性指标及可靠度,从而给出基于直接计算的船体结构疲劳可靠性分析方法。以高性能三体船疲劳可靠性的算例分析表明,疲劳寿命可靠度随着疲劳寿命的增加而增大,在疲劳问题严重区域较小。     

有限体积法求解立体角离散误差

为解决采用有限体积法求解辐射传输方程时引起离散误差的问题,从有限体积法立体角内热流密度的求解过程出发,运用泰勒级数推导了近似误差的表达式,并分析影响离散误差的各种因素,包括离散射线数,辐射强度分布,假散射及网格比.根据分析结果,采用辐射强度的连续分布模型,模拟了各种因素对误差的影响.结果表明,辐射强度的分布函数对于有限体积法的离散误差有一定程度影响.当增加网格数及减小网格尺寸比时,可以有效地减小离散误差.假散射与离散误差间呈较强的非线性耦合关系.     

复合加载下结构的疲劳可靠性

本文提出了一个复合加载下计算疲劳可靠性的方法。这里结构物的失效被认为是在常幅循环加载下疲劳裂纹扩展到临介尺寸。初始裂纹尺寸和方向被看成是随机量。而且裂纹的确定被认为是一个模糊事件。采用Zadeh 的模糊集概率测度[1],建立了疲劳可靠性问题。证明裂纹数目对结构疲劳可靠性的影响。这些研究结果表明,结构疲劳可靠性随裂纹的增加而减少,而随循环数的增加而降低。     

弹性结构的非结构网格有限体积数值模拟

为了分析复杂结构动力学以及应力波传播问题提出一种基于非结构化网格有限体积法的弹性结构数值模拟方法,采用位移和广义压力作为原始变量,推导出适用于可压缩和不可压缩弹性体的一致控制方程形式.空间采用有限体积方法和时间项采用二阶欧拉隐式格式离散,通过半隐式预测-校正两步算法(SIMPLE类算法)实现压力和位移耦合求解.最后通过...     

同时考虑结构系统强度和疲劳的可靠性分析

在以往的结构可靠性分析过程中,结构系统的静载和疲劳载荷失效情况大多是分别考虑的,这与许多实际工程结构(如船舶等结构)是不相符的.根据疲劳载荷造成的疲劳累积损伤对结构极限承载力的影响情况,研究了结构承载能力的可靠度计算方法.以结构累积损伤和结构初始抗力的形式给出了一个综合结构抗力变化历程的等效抗力,讨论了结构系统在静载和疲劳载荷作用下的两种失效模式,并考虑了二者之间的相关性对结构系统可靠性的影响;用改进的分枝限界法寻找主要失效模式,并用二阶矩方法计算各失效模式的可靠性指标;然后用PNET法计算结构系统可靠性.算例表明,虽然分别考虑静载或疲劳载荷作用下的结构系统可靠性较高,但综合考虑两种失效状态时,结构系统可靠性却较低.即疲劳累积损伤会降低结构的极限承载能力可靠性.因此,对结构系统同时考虑强度和疲劳的可靠性分析是必要,是符合工程实际的.     

大体积混凝土结构的抗裂可靠性

运用体积开裂概率分析了大体积混凝土结构的抗裂可靠性,并结合有限元法对控制裂缝设计与施工进行了研究．结果表明,本文方法能较好地反映材料的不均匀性,对大体积混凝土的裂缝控制有重要意义．     

非线性有限体积法大旋转问题研究

为了研究有限体积法在非线性大旋转问题中的应用,本文提出了一种改进的距离加权插值算法的大应变有限体积方法(LS-FVM)。针对圆盘大旋转问题,对比了传统距离加权插值法、最小二乘法以及改进的距离加权插值法对网格移动的影响。分析了不同精度的梯度算法以及载荷增量对大旋转圆盘内应力分布的影响。计算结果表明,采用传统距离加权插值法移动网格会在网格边界引入较大的数值误差,通过引入边界单元中点的影响,改进后的距离加权插值算法可以有效提高边界网格移动的数值精度。大旋转问题对梯度算法的精度要求较高,采用Gauss梯度算法会导致不真实应力的出现,应选择具有更高精度的最小二乘梯度算法进行网格单元中心梯度的计算。在较大增量载荷步下的LS-FVM仍具有很好的数值精度。     

三维各向异性功能梯度材料的有限体积法

为了研究三维各向异性功能梯度材料的线弹性问题,发展一种弹性结构的有限体积方法,该方法采用四面体网格,对不规则形状问题的适用性强．空间上采用交错非结构有限体积法进行离散,位移、速度、加速度定义在节点上,应力、材料属性定义在单元中心上且在单元内均匀分布,时间上采用欧拉格式进行离散．数值结果表明, 本方法计算结果与其他数值方法结果吻合良好,计算速度快且内存消耗少,可以有效模拟三维各向异性功能梯度材料的弹性问题．     

单点系泊海洋导管架平台结构的疲劳寿命可靠性分析

为了确保海洋平台结构继续安全可靠地运行，根据BZ28 1 SPM油田海域环境荷载的统计特性，利用Rayleigh分布对波高和系泊力进行离散化，运用线性波浪理论计算作用在小尺度结构上的波浪力，采用有限元法分别计算在波浪力和系泊力作用下结构构件的名义应力，乘以相应的应力集中系数，得到管节点的热点应力范围.应用疲劳累积损伤理论和S-N曲线对导管架结构的疲劳寿命进行了可靠性评估.分析结果表明，波浪荷载引起的结构疲劳损伤相对于系泊力荷载是非常小的；对由波浪力、高频系泊力和低频系泊力引起的导管架结构的疲劳损伤进行线性累积相加是不合理的，这样得到的疲劳寿命比采用组合方法计算得到的疲劳寿命大很多，会导致过高地估计结构的疲劳寿命.     

换热器疲劳寿命的可靠性分析

针对换热器的疲劳失效分析, 以概率论为基础, 结合确定性的疲劳断裂力学估算方法, 推导了换热器零部件的疲劳裂纹扩展寿命的计算公式。考虑到主要评定参数:初始裂纹尺寸、工况载荷、断裂韧性、机械强度、系数等的不确定性和随机性, 应用蒙特卡罗模拟法对这些具有某种特定分布的随机变量进行了随机抽样计算。并利用数值积分法编制了计算机程序, 求出在一定可靠度和置信度下的疲劳寿命, 并与理论计算方法求得的疲劳寿命进行了比较。还比较了不同初始裂纹尺寸和断裂韧性对疲劳寿命的影响, 并给出了算例。分析结果表明, 蒙特卡罗模拟法真实地反映评定参数客观存在的不确定性, 克服了确定性评定方法的缺点, 具有良好的工程指导意义。