基于平面弹性-板弯曲比拟理论的Wilson型板弯曲单元

应用平面弹性板弯曲比拟关系,可以避开1c连续性的困难,为板单元的构造提供了一种新的途径。这一新方法已成功地将一些平面弹性协调单元转化为新型板弯曲单元。根据比拟理论将著名的平面弹性Wilson元QM6转化为板弯曲单元,从而将新方法应用到平面弹性非协调元。单元构造简单,数值结果表明具有很好的收敛性和精度。     

一个基于膜板比拟理论的四节点十六自由度的平板壳单元

应用膜板比拟关系,可以避开c¹连续性的困难,为板单元的构造提供了一种新的途径,并已成功地构造出一系列相应的板单元。本文提出了一个四节点十六自由度的平板壳单元,该单元由平面四节点理性元RQ4(膜部分)和由膜板比拟理论构造的一个四节点八自由度的板单元(弯曲部分)构成。该单元构造简单,自由度少,数值结果表明具有良好的收敛性和精度。     

一个基于膜板比拟理论的四边形双线性薄板单元

平面弹性与板弯曲的相似性理论为构造薄板单元提供了一条有效的新途径.根据这一理论,现有的平面弹性单元原则上可以转化为板弯曲单元.从平面弹性四节点双线性等参元Q4出发,根据相似性理论构造出一个新的四边形八自由度双线性薄板单元.该单元构造简单,节点自由度少,可以视为最简单的四边形薄板单元.数值结果表明,该单元能通过分片试验,满足坐标不变性,具有良好的收敛性和精度.是一个良好的低阶薄板单元.     

广义协调平板型三角形壳元

本文构造了一种具有三个角点十八个自由度的平板三角形壳元GST18。其拉伸与弯曲部分分别由含旋转自由度的三角形膜元和薄板弯曲三角形元组成。广义协调方法的采用,使得该单元的收敛性得到保证。在结点上引入了平面内旋转自由度,从根本上克服了单元共面刚度矩阵出现奇异这一困难。对平面膜元采用了缩减积分方案,使该单元不会产生薄膜闭锁现象。数值算例表明,本文提出的GST18薄壳元是计算精度优于同类单元的可靠、实用的单元。     

具有旋转自由度Ψ的平板型矩形厚壳单元

本文在文献[1,2]基础上,构造了广义协调厚壳单元GZR24M,用于壳体结构静、动力分析。算例表明：壳单元GZR24M厚薄通用,收敛速度快,可以求出较高精度的高阶频率,而且能避免单元共面或接近共面出现的奇异性问题,适合于工程应用。     

基于新型大变形平板壳单元的剪力墙模型及其在OpenSees中的应用

数值模拟是研究超高层建筑地震灾变行为的重要手段。地震作用下,剪力墙作为超高层结构的重要抗侧力构件往往呈现出复杂的受力状态,甚至因结构倒塌而产生大变形破坏,因此有必要开发一个能准确考虑大变形的剪力墙单元。该文基于广义协调元理论和更新Lagrangian列式,提出了一种高性能四边形平板壳单元及其几何非线性列式,并将该模型集成于开源有限元程序OpenSees中,以经典算例验证了该单元的性能和应用于大变形计算的可靠性。通过将该单元与分层壳截面结合,该文对多种类型的剪力墙构件进行了模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比,验证了该单元能较好的模拟剪力墙的复杂受力特性,且能有效模拟钢筋混凝土构件倒塌的关键特性,为进一步开展基于OpenSees的超高层结构地震灾变行为研究提供参考。     

应用Pian-Sumihara杂交列式的板弯曲模拟元

把典型的平面弹性杂交应力元-Pian-Sumihara 元-转化为板弯曲单元,从而初步探讨了将平面弹性杂交元转化为板弯曲单元的方法。应用板弯曲多类变量变分原理和弯矩函数空间中的Pian-Sumihara 列式,再通过基于平面弹性-板弯曲相似性的单元转化过程,得到一个四节点八自由度板弯曲位移元。该单元为显式单元,计算量少。数值结果表明该单元能通过常曲率分片试验,收敛稳定并具有较好的精度。     

一种分析AGS结构的三角形加筋板壳单元

基于精细三角形Mindlin板单元构造了21个自由度三角形复合材料加筋板壳单元。在该单元构造过程中,考虑了肋骨弯曲、扭转、面内剪切和横向剪切变形的影响;由于肋骨和蒙皮的位移插值函数采用了相同的形函数,保证了两者变形的协调性,同时又放松了肋骨转动的约束,故与传统的板单元相比,能较好地反映了蒙皮和肋骨的变形特征。在此单元中,肋骨放置的数量、位置和角度可以任意,为结构的单元网格剖分带来了很大的便利。算例结果验证了单元的有效性,特别是在分析高肋结构时,显示出其比传统加筋板单元具有更高精度的优点。还以一典型的先进复合材料等格栅加筋板(AGS)为例,讨论了该结构弯曲变形的力学特性。     

基于退化理论的空间梁单元有限元分析

从双线性退化板壳单元出发,演绎推导出了一种可以应用于空间有限元分析的退化梁单元。退化梁单元采用基本的平截面假设,并用轴线节点位移来表示梁单元的三维位移场。在进行单元有限元列式时,仍然沿用三维结构的几何方程和物理方程。在退化梁单元的理论基础上编制了有限元计算程序,通过对几个算例的分析,证明了这种基于退化理论的空间梁单元的精确、高效和通用,这种单元也可以广泛应用于大型结构空间双重非线性有限元分析。     

基于整体-局部位移假设的高阶理论及其三角形板单元

本文推导一种基于整体-局部位移假设的高阶理论, 该理论满足层间位移、应力连续条件, 满足上、下自由表面条件。建立基于此高阶理论的三节点三角形层合板单元。数值计算结果表明此高阶理论能很好地描述剪切变形效应, 该位移单元不仅能很好地计算整体位移参数, 而且能很好地计算横向剪切应力。      

A FLAT TRIANGULAR SHELL ELEMENT WITH LOOF NODES

In the formulation of flat shell elements it is difficult to achieve inter-element compatibility between membrane and transverse displacements for non-coplanar elements. Many elements lack proper nodal degrees of freedom to model intersections making the assembly of elements troublesome. A flat triangular shell element is established by a combination of a new plate bending element DKTL and the well-known linear membrane strain element LST, and for this element the above-mentioned deficiencies are avoided. The plate bending element DKTL is based on Discrete Kirchhoff Theory and Loof nodes. The nodal configuration of the element is similar to the SemiLoof element, and the formulation is an improvement of a previous formulation. The element is used for both linear statics, linear buckling and geometrical non-linear analysis, and numerical examples are presented to show the robustness, accuracy and quick convergence of the element.     

Wilson非协调元构造机理研究

本文通过分析Wilson非协调元内自由度特性,给出了单元内自由度的定义和“均值法”计算公式。在此基础上,证明了Wilson非协调元与协调等参元的对应性,探讨了Wilson非协调元的构造机理。     

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。     

基于解析试函数的广义协调超基膜元

利用解析试函数法构造一个带旋转自由度广义协调超基膜元.根据弹性力学平面问题的控制方程和艾雷应力函数,求出问题完备的基本解析解,然后用其作为试函数并采用广义协调条件来构造单元:ATF-SCQ4θ.数值算例表明,该类单元精度高、对网格畸变不敏感,显示出良好的性能.