任意壳线性弯曲与自由振动分析的最小二乘无网格法EI北大核心CSCD

提出了一种求解任意壳结构线性弯曲与自由振动的最小二乘无网格法。利用映射技术并结合Mindlin板壳理论将三维任意壳参数化曲面转换成二维无网格模型。基于移动最小二乘法近似和一阶剪切变形理论求出其位移场,利用最小势能原理及Hamilton原理分别得到其弯曲及自由振动控制方程。由于该方法不能直接施加本质边界条件,故采用完全转换方法引入本质边界条件。文末以几种典型的不同形状壳结构算例表明,该研究的解与理论解或ABAQUS有限元解吻合良好,证明了该方法在计算任意壳的线性弯曲与自由振动的有效性及准确性。     

基于半解析法的圆柱壳结构自由振动特性分析

基于Reissner-Naghdi’s线性薄壳理论和区域能量分解法,将圆柱壳沿周向分解为若干壳段,用Chebyshev多项式和傅里叶级数表示壳段的位移函数,并引入最小二乘残差来消除计算的不稳定性,建立边界条件参数来模拟不同边界条件,采用变分原理得到圆柱壳结构的振动模态。在此基础上,对最小二乘加权参数的收敛性进行了分析,并通过大量的有限元仿真计算验证了该方法的有效性,并对一般边界条件下柱壳结构自由振动特性进行了分析,研究成果可为一般边界条件下圆柱壳结构自由振动特性分析提供数据积累和方法依据。     

弹性地基圆形加肋板静力弯曲及弯曲自由振动分析的无网格法EI北大核心CSCD

基于一阶剪切理论和移动最小二乘法,提出分析弹性地基圆形加肋板线性弯曲的静力和自由振动问题的无网格方法。对弹性地基采用Winkler地基模型,对圆形加肋板则将平板和肋条分开考虑,通过位移协调条件建立两者的参数转换方程。平板和肋条均采用一系列点来离散,用移动最小二乘法建立的形函数来分别描述两者的位移场,再分别通过最小势能原理和Hamilton原理导出弹性地基的静力弯曲和弯曲自由振动控制方程,最后采用完全转换法处理边界条件。以一系列不同基床系数、荷载、边界、肋条布置方式的弹性地基圆形加肋板为例,研究所提出方法的收敛性和稳定性,并将计算结果与有限元、文献结果对比。研究表明该方法可以有效分析弹性地基圆形加肋板线性弯曲的静力和自由振动问题,且肋条位置改变时,可避免网格重构。     

平行四边形加肋板自由振动分析的无网格法

基于一阶剪切理论,提出一种求解平行四边形加肋板自由振动问题的无网格法,通过用一系列点来离散平板及肋条,得到加肋板的无网格模型。基于一阶剪切理论及移动最小二乘近似求出位移场,以梁模拟肋条,求出平行四边形加肋板总动能及总势能。再由Hamilton原理导出加肋板自由振动的控制方程,采用完全转换法引入边界条件,求解方程得出结构自振频率。以不同参数的加肋板为例,将该文解与ABAQUS有限元解进行比较分析。研究表明,该方法能有效地分析平行四边形加肋板自由振动问题,在肋条位置改变时,又避免了网格重构。     

对称层合折板结构自由振动分析的移动最小二乘无网格法

提出了一种求解对称层合折板结构自由振动问题的移动最小二乘无网格法。以作者提出的折板无网格模型为基础,将对称层合折板结构视为由不同平面上对称层合板组成的复合结构。先基于一阶剪切变形理论,由移动最小二乘近似推导出各对称层合板的刚度和质量矩阵,再利用板与板间的位移协调条件,将各板的刚度和质量矩阵叠加得到整个结构的刚度和质量矩阵,推导出描述层合折板结构自由振动行为的控制方程。文末算例表明由本文方法得到的解与采用壳单元得到的ANSYS有限元解吻合良好,证明了本文方法的准确性。     

薄壁圆柱壳在纯弯曲下的非线性自由振动

分析了薄壁圆柱壳在纯弯曲下的非线性自由振动。基于改良的Brazier简单理论,将圆柱壳的纯弯曲变形简化为以下两个阶段：第一阶段壳体没有弯曲,横截面由圆形变成椭圆形;第二阶段壳体是横力弯矩作用下的变截面梁。通过Brazier简单理论获得壳体的应变能,然后利用拉格朗日方程求得薄壁圆柱壳的几何非线性自由振动方程,最终得到自由振动频率,并对线性解与非线性解进行对比分析。     

圆柱壳-圆锥壳组合结构振动分析的新方法

提出了一种区域分解法来分析不同边界条件下圆锥壳-圆柱壳-圆锥壳组合结构的自由振动和强迫振动特性。首先将组合壳体的位移边界与固定边界分开,将其分解为圆柱壳、圆锥壳子结构;为能获取组合壳体的高阶振动特性,进一步将圆柱壳、圆锥壳子结构分解为自由的圆柱壳段和圆锥壳段。采用分区广义变分和最小二乘加权残值法将各壳段分区界面上的位移和转角协调方程引入到组合壳体的势能泛函中,使组合壳体的振动分析问题,归结为在满足分区界面位移和转角协调条件下的无约束泛函变分问题。圆柱壳段和圆锥壳段位移变量的周向和轴向分量分别采用Fourier级数和Chebyshev多项式展开。算例表明：区域分解法计算出的不同边界条件下组合壳体自由振动和强迫振动结果与有限元软件ANSYS结果非常吻合;该方法具有高效率、高精度和收敛性好等优点。     

圆柱壳结构受迫振动特性分析

利用半解析法研究了圆柱壳的振动特性。基于区域能量分解法和Reissner-Naghdi’s线性薄壳理论,将柱壳在沿壳体的母线方向将其分解为若干子壳段,并推导出适合一般边界条件下圆柱壳的求解模型。其中,柱壳结构的位移函数采用Chebyshev行列式和傅里叶级数进行展开,并引入最小二乘残差来消除计算的不稳定性。对柱壳结构进行受迫振动特性分析,并通过与有限元仿真计算结果对比验证了该方法的正确性,研究了边界条件和结构参数的改变对圆柱壳受迫振动特性的影响。     

弹性基础上正交各向异性圆柱壳的自由振动

该文希望得到正交各向异性圆柱壳在弹性基础暨一般边界条件下自由振动频率的半解析解,以便为这类典型工程结构的参数化分析与设计提供可靠的理论基础。所提方法包含3项关键内容：1）依据Donnell-Mushtari柱壳理论和Hamilton原理,导出了弹性基础上有径向预压力作用的正交各向异性圆柱壳的振动微分方程;2）指出该微分方程存在9种不同组合形式的解,澄清了有关文献中的错误,避免了可能的漏解;3）采用二分法得到了圆柱壳振动频率的解,所提出的方法与经典文献结果对比吻合良好,验证了所提出方法的适用性。将该方法应用于两端支撑弹簧圆柱壳振动频率的参数化分析,发现弹簧刚度和内压力对固有频率的影响都呈现非线性规律。该文所提出的方法适用于一般边界条件下的圆柱壳振动问题,避免漏解,精确可靠,适用性强,为这类工程结构的振动分析提供了可靠的方法。     

线性流形上复对称矩阵的最小二乘问题

本文主要讨论了线性流形上复对称矩阵的最小二乘问题。在推导出所给线性流形中任意矩阵的显式表达的基础上,利用奇异值分解和Frobenius范数的酉不变性得到了该最小二乘问题通解的一般表达式。此外,文章还考虑了任一给定矩阵对此最小二乘问题解集合的最佳逼近问题,证明了该最佳逼近问题存在唯一解,并利用酉矩阵的性质得到了最佳逼近解的表达式。     

边界条件对旋转薄壁圆柱壳结构自由振动行波特性的影响分析

建立了弹性约束边界下旋转薄壁圆柱壳结构自由振动行波特性分析模型,通过在边界引入四种约束弹簧,任意边界条件可以通过设置刚度系数而统一得到。基于Sanders薄壳理论对旋转薄壁圆柱壳自由振动的振动能量表达式进行了推导,三个方向的振动位移场通过一种改进傅立叶级数进行展开,带入能量表达式并利用RayleighRitz法进行变换推导,得到旋转薄壁圆柱壳自由振动的系统特征方程。利用MATLAB编程计算,得到行波振动固有频率,通过与现有文献中其他方法比较,验证了本文方法的正确性,随后采用不同几何参数、不同边界条件、不同约束弹簧刚度的算例对振动特性的影响进行分析,揭示了转速、长径比、厚径比等几何条件以及边界约束弹簧刚度对旋转薄壁圆柱壳自由振动行波特性的影响规律。     

利用振动模态分析确定对称复合层板结构的材料特性

针对周边简支和周边固支含弯曲·扭曲耦合的对称复合材料层板,本文首先推导了利用振动模态分析进行层板５个弯曲刚度常数评价的理论公式,并利用振动测试得到的有限个离散点的挠度信息对振动模态进行近似处理,最后利用最小二乘法求解层板的弯曲刚度。在数值算例中,本文对两种边界条件下三种对称复合材料层板的弯曲刚度进行了评价,同时考察了测试点数目对弯曲刚度常数评价误差的影响。     

基于波传播方法的边界条件对圆柱壳振动特性的影响分析

在波传播分析方法基础上,采用一种改进傅立叶级数的方法建立了弹性约束边界条件下圆柱壳结构模态分析模型,结合模态叠加理论,给出了圆柱壳结构在任意径向点力激励下的振动响应.通过与商业分析软件ANSYS的结果比较验证了本文方法的高效性与精确性,随后详细分析了边界约束刚度对圆柱壳结构自由振动特性和结构振动响应的影响,并给出了刚度影响的一般性规律.     

加肋板自由振动的移动最小二乘无单元分析

基于移动最小二乘近似,提出一种分析加肋板结构自由振动行为的无网格方法。将加肋板视为平板和肋条的集合,以梁模型来模拟肋条。从板和肋条位移场的移动最小二乘近似出发,先分别建立板和肋条自由振动情况下的势能泛函,再通过引入板和肋条之间的位移协调关系,将两者的势能叠加,建立描述整个加肋板自由振动行为的控制方程。本文方法的无网格特性让肋条可以配置在板上的任意位置,而肋条位置的改变也不会像有限元那样导致板网格的重构,应用于加肋板的优化设计中可极大的减轻分析负担。文末通过算例将本文方法解与ANSYS软件给出的有限元解及现有文献结果比较,验证本文方法的准确性     

圆锥壳-圆柱壳-球壳组合结构自由振动分析

基于Reissner薄壳理论,采用区域分解法分析了不同边界条件下圆锥壳-圆柱壳-球壳组合结构的自由振动。首先在壳体连接处将组合壳体分为独立的圆锥壳、圆柱壳和球壳,并将各个子壳体沿旋转轴线分解为若干自由壳段;然后将所有壳段分区界面(包括边界界面)的位移协调方程通过分区广义变分和最小二乘加权残值法引入到组合壳体的能量泛函中;最后将壳段位移场变量的周向分量和轴向分量分别以Fourier级数和Chebyshev多项式展开,通过变分后得到整个组合壳体的离散动力学方程。将区域分解法计算结果与有限元软件ANSYS计算结果进行对比,验证了区域分解法在分析圆锥壳-圆柱壳-球壳组合结构自由振动的正确性和计算精度,并分析了组合壳体长径比及厚径比对自由振动频率的影响。     

层合板分析的无网格局部Petrov-Galerkin方法

基于Kirchhoff均匀各向异性板控制方程的等效积分弱形式和对挠度函数采用移动最小二乘近似函数进行插值, 进一步研究无网格局部Petrov-Galerkin方法在纤维增强对称层合板弯曲问题中的应用。该方法不需要任何形式的网格划分, 所有的积分都在规则形状的子域及其边界上进行,其问题的本质边界条件采用罚因子法来施加。通过数值算例和与其他方法的结果比较, 表明无网格局部Petrov-Galerkin法求解层合薄板弯曲问题具有解的精度高、收敛性好等一系列优点。      

基于谱几何法的耦合板结构固有振动特性分析

以耦合板结构为研究对象,建立结构振动特性分析模型,利用人工虚拟弹簧技术模拟结构边界条件及耦合效应,并通过调整弹簧刚度系数模拟任意边界条件及耦合条件。考虑板结构弯曲、面内振动及耦合边界处的耦合效应,采用谱几何法(Spectro-Geometric Method,SGM)对弯曲振动位移和面内振动位移函数进行描述,可以克服传统傅里叶级数在整个求解区域内周期展开时在边界上存在的不连续或者跳跃现象。应用Hamliton原理从能量的角度推导获得表征耦合板振动特性的离散动力学方程,求解得到耦合板结构的自由振动特性。通过不同数值算例,并与有限元法计算结果进行对比,验证了文中方法的正确性。     

基于区域分解的圆锥壳-圆柱壳-圆锥壳组合结构自由振动

提出一种分区广义变分和最小二乘加权残值区域分解法来分析圆锥壳-圆柱壳-圆锥壳组合结构的自由振动。首先将组合结构分解为圆柱壳、圆锥壳子结构,为获取组合壳体的高阶振动特性,进一步将圆柱壳、圆锥壳子结构分解为圆柱壳段和圆锥壳段。采用分区广义变分和最小二乘加权残值法将各壳段分区界面上的位移和转角协调方程引入到组合壳体的势能泛函中,使组合壳体的振动分析问题,归结为在满足分区界面位移和转角协调条件下的无约束泛函变分问题。圆柱壳段及圆锥壳段位移变量的周向和轴向(或母线方向)分量分别以Fourier级数和Chebyshev多项式展开。将区域分解法计算出的组合壳体振动频率与有限元软件ANSYS结果进行对比发现,两者非常吻合,验证了区域分解方法的收敛性和计算精度。     

双曲率组合结构自由振动特性分析

针对双曲率组合结构自由振动特性分析方法有待完善等问题,基于半解析法开展了双曲率组合壳结构自由振动特性研究。基于Flügge薄壳理论,首先将抛物壳-圆柱壳-球壳组合结构在交界面处进行分解,获得抛物壳、圆柱壳和球壳子结构;再将抛物壳、圆柱壳和球壳子结构沿周向进一步分解为若干壳段,用沿径向的Jacobi多项式和周向的Fourier级数来表示各个壳段的位移函数,并用不同的弹簧刚度对组合结构的边界条件和壳体内的连续性条件进行模拟;最后,基于Rayleigh-Ritz法获得双曲率组合结构的振动模态,探索复杂边界条件下双曲率组合结构自由振动特性。在此基础上,将双曲率组合结构自由振动频率与已有文献及有限元法计算结果进行对比分析,验证了方法的收敛性和有效性,研究成果可为复杂边界条件双曲率组合结构自由振动特性分析提供方法依据和数据积累。     

复杂边界条件圆柱壳自由振动特性分析

提出一种半解析法来分析圆柱壳结构自由振动特性。将圆柱壳壳结构在轴向方向分解为若干壳段,用沿轴向的Jacobi多项式和沿周向的Fourie r级数来表示各个壳段的位移函数,并采用罚参数法对圆柱壳结构的边界条件和壳段间的连续性条件进行模拟;最后,基于Rayleigh-Ritz法求得圆柱壳结构的自由振动频率。研究表明,该方法具有较好的收敛性,与公开发表文献一致性较高,研究成果可为复杂边界条件下圆柱壳结构自由振动特性分析提供数据积累和方法依据。