模糊随机有限元法的一些进展：第九届全国结构工程学术会议特邀报告

对模糊结构或模糊随机结构有限元分析方法,包括λ截集法、基于单源模糊数以及基于信息熵的模糊随机有限元方法等进行了评述,介绍了该领域中的若干研究进展。     

随机结构弹性屈曲的递推求解方法

采用随机收敛的非正交的多项式展式表示未知的随机屈曲特征值和屈曲模态,利用摄动技巧,建立了随机结构弹性屈曲的递推求解方法。算例表明,和基于泰勒展开的摄动随机有限元方法相比,方法的结果能在较宽的随机涨落范围内更好地逼近蒙特卡洛模拟结果,即使只采用前四阶非正交多项式展式,逼近的结果仍然较好。     

不确定结构非线性动力分析的增量随机有限元法

针对不确定性结构能力分析中采用线弹性假设的不足。本文提出了预测具有随机参数的非线性结构动力响应的一种数值方法－增量随机有限元方法，可以同时考虑结构参数的随机性和材料非线民生，算例表明，增量随机有限元法可以较地预测随机结构的非线性动力行为。     

模糊变分原理在求解结构屈曲临界载荷中的应用

首先在结构屈曲临界载荷的瑞利商变分中引入模糊参数,得到了结构屈曲临界载荷问题的模糊变分原理。进而基于模糊变分原理推导了模糊里兹法和模糊有限元法。这两种方法都可以直接得到问题的模糊解,避免了传统区间方法要先将模糊参数转化为区间参数求解,之后再由区间解构造模糊解的计算过程。因此,所提方法可以很大程度上减少计算量。最后通过数值算例表明了所提方法的可行性。     

板壳结构非线性随机有限元法研究

采用摄动随机有限元法研究了具有随机参数的板壳结构大挠度动力响应问题。基于Mindlin-Reissner板理论,采用全量Lagrangian法推导了具有板壳结构的大变形、大转动的动力响应有限元列式;通过基于等参变换的局部模型对随机场进行离散,结合摄动技术,建立了基于摄动技术的增量形式的随机有限元列式,计算结果与Monte-Carlo法相比较表明了该方法的有效性和精确性。通过该方法,为进一步进行结构可靠性分析提供了依据和方便。     

随机区间模糊混合参数结构可靠性分析

研究同时存在随机、区间、模糊变量的混合参数结构可靠性问题。利用广义密度函数法将模糊变量转化为当量随机变量,基于随机概率可靠性分析方法,获得概率可靠度指标表达式。考虑可靠度指标具有的区间性,利用区间数运算法则及区间截断法对所得可靠度指标区间进行计算、重置,获得混合参数结构可靠度区间表达。通过两算例验证该方法的可行性及有效性。     

抗震结构模糊随机动力可靠性分析

本文对在考虑地震烈度和场地土分类的模糊性的基础上所建立的含模糊参数的地震地面运动随机过程模型,采用分步等效线性化及状态方程法,求出了结构模糊随机变形和能量反应的统计矩;基于单参数(变形或能量)及双参数(变形和能量)的模糊破坏准则,分析了抗震结构的模糊随机动力可靠性。最后给出了两个自由度结构的数值算例,表明双参数准则更为合理和安全。     

板壳结构的随机有限元分析

本文利用随机有限元法对板壳结构进行弹性静力分析，分析中计及材料性能和几何尺寸的随机性，随机性的表述是利用等参局平均模型，研制了三角形板壳单元的计算机程序，算例显示本文的方法和程序是有效的。     

模糊随机桁架结构的非平稳随机振动分析

利用一种新的双因子法研究了模糊随机桁架结构的非平稳随机振动问题。同时考虑结构物理参数和几何尺寸的模糊随机性,首先从时域上推导出了位移响应的模糊随机相关函数矩阵;进而得出了位移和应力响应在频域上的模糊随机均方值,并用随机变量的矩法得到了结构响应均方值模糊随机变量的模糊数字特征。最后用算例验证了该方法的可行性。     

区间真值逻辑的代数结构

区间真值逻辑是一种模糊逻辑，其真值是由单位区间（０，１）中的数对组成，这一对数分别解释为某个问题的真度和含糊度，也可解释为对某个陈肯定度和拒绝度，Ｍｕｋａｉｄｏｎｏ在区间真值集上引入了两种序关系，一种是关于“真”，别一种是关于“含糊”。本文详细地讨论区间具值逻辑系统关于这两种序关系的代数结构，引入了一种新型代数系统－Ｉｎｔｅｒｖａｌ代数，最后讨论了区间真值逻辑函数。     

结构静力分析的区间摄动有限元法

基于新的区间参数系统响应界值的评估方法,推导了基于Taylor展开的区间摄动有限元法和区间参数摄动有限元法的高阶求解方法。并提出了一种新的区间摄动有限元法,该方法将刚度矩阵的逆矩阵用一系列Neumann展开级数来表示,最终得到结构响应摄动量的上下界限,是对结构响应鲁棒性的一种直接评估,因此称之为区间鲁棒摄动有限元法。比较了三种区间摄动有限元法的计算精度和计算效率。算例结果表明：区间鲁棒摄动有限元法具有较好的精度,能够适用于大型航空航天结构的不确定分析和优化。     

基于有限质点法的结构屈曲行为分析

有限质点法是一种新颖的结构分析方法,它以向量力学和数值计算为基础,将结构离散为质点群,采用牛顿第二定律描述这些质点的运动。该方法中引入移动基础架构求解结构单元内力。采用显示时间积分求解运动方程,避免了迭代求解非线性方程组。该文采用有限质点法分析结构的屈曲行为。以空间杆单元为例推导了有限质点法计算公式。利用自编程序,对空间杆系结构的屈曲行为进行了模拟。在不经过任何特殊处理的情况下,该方法不仅可以越过屈曲极值点,而且能够跟踪结构屈曲后的行为。此外,该方法无需分级加载即可模拟结构的屈曲行为,结构荷载可以在计算分析的初始步全部加在结构上,更符合实际情况。通过算例验证表明有限质点法在结构屈曲行为模拟中的适用性和真实性。     

基于向量有限元的深水管道屈曲行为分析

局部屈曲破坏是深水管道运行的最大安全问题之一.采用创新性的向量式有限元方法(VFIFE)分析深水管道结构屈曲行为,推导考虑材料非线性的VFIFE空间壳单元计算公式,编制Fortran计算程序和MATLAB后处理程序,开展外压下深水管道压溃压力和屈曲传播压力计算、压溃和屈曲传播过程模拟.开展全尺寸深水管道压溃试验,进行深...     

正交各向异性带钢瓢曲变形行为样条有限元研究

带钢在轧制过程由于晶粒的择优取向而产生各向异性,为了研究这种各向异性对带钢板形瓢曲行为的影响规律,针对生产中常见的板形瓢曲缺陷,根据正交各向异性薄板小挠度理论和屈曲问题的驻值势能原理,建立了带钢在纵向延伸塑性应变(初应变)作用下以样条函数为基础的前屈曲样条有限元计算模型,获得了屈曲临界塑性应变、临界波长与带钢各向异性程度的关系;根据大挠度理论和虚功原理,应用样条有限元获得了正交各向异性带钢后屈曲路径。计算分析了带钢正交各向异性程度对中浪、边浪、四分之一浪、边中复合浪屈曲变形前屈曲临界条件及后屈曲变形过程的影响规律。     

结构区间有限元方程组的一种解法

针对结构静力区间有限元方程组的求解提出了一种简易解法。该法将含区间变量的整体刚度矩阵在区间变量的中值处进行一阶泰勒式展开。在对刚度矩阵展开式进行近似处理之后,将刚度矩阵的逆矩阵用一系列的Neumann展开级数来表示。为减小区间运算的扩张,利用区间乘法运算的次分配律和相关运算规则,导出不确定结构响应量上界、下界的计算式。几个算例结果分析表明:该方法具有较好的精度,是可行和有效的,且易于编程实施。     

含裂纹损伤圆弧曲梁弹性屈曲的有限元网格自适应分析

该文建立圆弧形曲梁裂纹的截面损伤缺陷比拟方案,实现裂纹大小(深度)、位置、数目的模拟.引入变截面Euler-Bernoulli梁的h型有限元网格自适应分析方法,求解含裂纹损伤圆弧曲梁弹性屈曲问题,得到优化的网格和满足预设误差限的高精度屈曲荷载和屈曲模态解答.数值算例表明该算法中网格非均匀加密可适应裂纹损伤引起的屈曲模态...     

弹性压应力波下直杆分叉动力失稳特征值有限元分析

运用有限元特征值分析方法对弹性压应力波作用下直杆分叉动力失稳问题进行了研究。基于应力波理论和相邻平衡准则导出了直杆动力失稳时的有限元特征方程,把弹性直杆的动力失稳问题归结为特征值问题。通过引入直杆动力失稳时的波前约束条件实现了此类问题的有限元特征值解法。     

弹性压应力波下直杆分又动力失稳特征值有限元分析

运用有限元特征值分析方法对弹性压应力波作用下直杆分叉动力失稳问题进行了研究。基于应力波理论和相邻平衡准则导出了直杆动力失稳时的有限元特征方程，把弹性直杆的动力失稳问题归结为特征值问题。通过引入直杆动力失稳时的波前约束条件实现了此类问题的有限元特征值解法。     

横向荷载作用下薄壁杆件稳定分析的有限杆元法

根据位移变分原理,本文提出薄壁杆件稳定分析的有限杆元法。分析中考虑了杆壁中面剪应变的影响,能很好地描述剪力滞后现象。本方法采用线性函数作为横截面翘曲位移的插值函数,适用于任意横截面形状和任意边界条件的薄壁杆件。本文讨论了横向荷载作用下具有不同边界条件的工字型薄壁梁的屈曲荷载。数值算例结果表明了本方法灵活、有效、且有很好的精度。     

薄板弯曲和振动分析的区间B样条小波有限法

基于二维张量积区间B样条小波及小波有限元理论,研究了用于薄板静动力学分析的区间B样条小波有限元法。在小波有限元用于薄板分析的列式过程中,采用区间B样条小波尺度函数对横向位移场逼近,从矩形和斜形薄板静动力学势能泛函出发,由变分原理得到小波有限元求解方程。该方法具有B样条函数数值逼近精度高和多种用于结构分析的小波基函数的特点。数值算例表明:区间B样条小波有限元法能以很少的计算自由度获得与其它方法同样的计算精度。