混合应用三类四边形面积坐标构造八结点四边形膜元

三类四边形面积坐标已先后提出。如果对三类面积坐标加以混合应用,这将使构造四边形单元的工作更加灵活多样,具有更加广阔的优选空间。该文混合应用三类四边形面积坐标构造一个8结点四边形膜元。新单元具有如下优点:1)新单元具有优异性能,特别是对网格畸变不敏感,优于8结点等参元,显示出三类四边形面积坐标的共同优点;2)新单元的推导过程和主要列式都非常简洁。这是由于巧妙地混合应用三类面积坐标并进行优选而取得的结果。     

微分求积升阶谱有限元方法及其在薄板自由振动中的应用

提出了一种基于Hermite插值的微分求积升阶谱有限元方法。单元在几何映射上采用了混合函数方法,而在形函数的构造上,单元边界上采用非均匀节点的Hermite插值基函数,单元内部升阶谱形函数的构造则采用雅克比正交多项式的张量积形式。将单元形函数与高斯-洛巴托积分法结合起来离散薄板的势能泛函从而得到相应的单元矩阵。提出的薄板单元在单元边界以及单元内部的节点配置完全自由,因而可以用于不同阶次的单元的连接。通过在薄板自由振动中的应用计算以及与精确解的对比,结果表明:提出的微分求积升阶谱有限元方法不仅计算精度高,而且收敛速度快,同时在阶次较高时仍然具有良好的数值稳定性。     

四边形单元第三类面积坐标系统

四边形单元面积坐标系统的两种型式(QAC-Ⅰ和QAC-Ⅱ)已被建立.QAC-Ⅰ含四个坐标分量(L1,L2,L3,L4),其中只有两个是独立分量.QAC-Ⅱ只含两个独立的坐标分量(Z1,Z2).这些面积坐标系统为建立对网格畸变不敏感的新型四边形单元提供理论基础.该文系统地建立了具有两个坐标分量(T1,T2)的四边形单元第三类面积坐标系统(QAC-Ⅱ).这个新的QAC-Ⅲ系统不仅保留了QAC-Ⅰ和QAC-Ⅱ的丰要优点,而且具有其他一些优异特性:1)它是自然坐标;2)它与直角坐标系统保持线性关系;3)它只含两个坐标分量;4)由它导出的形函数具有比较简洁的形式;5)它可以直接地推广应用于曲边单元;6)采用三类系统Ⅰ、系统Ⅱ、系统Ⅲ的混合形式常可以导出优化的结果.     

《广义协调元理论与四边形面积坐标方法》

广义协调元理论和四边形面积坐标方法,是近年来在有限元法取得的两个颇具影响的新成果。本书旨在将有关广义协调元和四边形面积坐标的近百篇学术论文作比较系统的综述,同时对作者参与研究的一些新型单元作比较详细的介绍,本书共分五章,主要内容包括: 广义协调元的理论基础、四边形单元面积坐标方法、 广义协调平面膜元、 广义协调薄板元、广义协调厚薄板通用元。 本书可作为高等院校土建、水利、机械、航空及工程力学等专业的研究生教学用书,亦可供工程技术人员,科研工作者和高校教师的参考书。本书已于2000年9月出版。定价15.00元,邮…     

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。     

求解对流占优高阶非线性偏微分方程的迎风无单元Galerkin方法

数值求解对流占优的高阶非线性偏微分方程存在近似高阶导数和抑制数值振荡两方面的困难.本文采用容易近似高阶导数的无单元Galerkin方法,并借鉴迎风稳定化方法的思想,建立了基于偏心支持域的迎风无单元Galerkin方法.为保证无单元Galerkin方法在近似高阶导数时形函数满足一致性条件,本文在构造形函数时采用了一种定义在局部坐标中的平移多项式基函数.数值结果表明,使用平移多项式基函数的迎风无单元Galerkin方法在求解对流占优的高阶非线性偏微分方程时,具有精度高、稳定性好和实施简单的优点.     

采用面积坐标的四边形厚薄板通用单元

本文采用四边形面积坐标,利用假设剪切应变场方法和广义协调理论构造出一个具有12个自由度的四边形厚薄板通用弯曲单元TACQ。基本思路如下：首先从Mindlin厚板理论出发,独立假设剪应变场和挠度场,而转角场则由挠度场和剪应变场导出;其次,单元剪应变场是先按Timoshenko厚梁理论确定单元各边剪应变,然后在单元内进行合理插值导出;第三,单元挠度场是根据单元角点处挠度的点协调条件以及单元各边挠度和法向转角的平均协调条件导出。这个方法有两个特点,（1）由于满足点协调和边协调的广义协调条件,故能保证收敛;（2）由于在薄板情况剪应变退化为零,故不出现剪切闭锁现象。数值算例表明：该单元具有精度高,收敛性和可靠性好,对网格畸变不敏感,无剪切闭锁现象等优点;适用于从极薄板到厚板较大的范围。     

基于解析试函数的各向异性材料厚薄通用板单元

该文采用满足Kirchhoff假设的薄板理论,推导了各向异性材料系列解析试函数,并利用该系列解析试函数构造了一个四边形应力杂交板单元。首先,该文从薄板理论的基本方程出发,推导了各向异性材料薄板中面挠度w应满足的特征微分方程。然后,从该方程出发求得w的系列特征通解,由w特征通解可进一步求得广义位移、广义应变和广义应力的解析试函数。同时,根据广义应力利用平衡条件构造了相应的横向剪力解析试函数。最后,根据已有的广义应力和横向剪力解析试函数构造了一个四边形应力杂交板单元ATF-PH4。数值算例表明:上述方法构造出的单元模型有很好的精度、收敛性,且对网格畸变不敏感,同时能较好地解决板单元的厚薄通用性问题。     

平面问题p型广义协调元

本文利用广义协调元方法来构造ｐ型有限元，单元高阶形函数具有广义泡状的特性，用此法构造的ｐ型有限元与利用一维形函数的乘积来构造二维问题的形函数相比，系统性好、协调性可以调节，收敛性得到保证。     

对转角场和剪应变场进行合理插值的厚薄板通用四边形单元

本文提出构造厚薄板通用四边形单元的一种合理方法：先按Timoshenko厚梁理论导出单元各边的转角和剪应变公式,然后进行合理插值,导出单元的转角场、曲率场和剪应变场。当板的厚度变小时,厚梁理论自动退化为薄梁理论,各边剪应变以及单元剪应变插值函数自动退化为零,厚板单元自动退化为薄板单元,彻底消除了剪切闭锁现象。此单元对厚板和薄板都给出了高精度的结果。     

应用动力单元法进行空间索网结构自由振动分析

索网结构具有成型跨度大而结构重量轻的优点,因此在空间航天领域得到了广泛应用。目前对索网结构的动力学分析主要是采用集中质量法或有限单元法进行低阶模态的分析,这些方法得到的较高阶频率和模态,其精度和实用性都不理想。动力单元法采用含有固有频率的动态形函数作为动力学分析离散单元中的插值函数,该形函数由单元动力学控制微分方程导出,因此能给出比有限元法更高的求解精度。在总结研究动力单元法理论的基础上,推导了张紧索单元的动力单元矩阵。采用动力单元法对几个典型的空间张紧索网结构进行动力学特性的分析,并将分析结果与传统有限元分析结果进行比较。     

应用基于解析试函数的广义协调四边形厚板元分析中厚板的自由振动

自从广义协调元提出以来,多种性能优异的板单元被构造且得到广泛应用,但是将广义协调元用于板的动力分析目前仅局限于薄板,该文将基于解析试函数的广义协调四边形厚板元ATF—PQ4b用于板的动力分析。该单元是将静力条件下中厚板的齐次微分方程的多项式解析解作为试函数,从而推导得到单元刚度矩阵和质量矩阵。笔者编写了相关的MATLA...     

采用面积坐标和基于假设转角的薄板元

采用四边形面积坐标方法,从假设转角位移场入手构造了两个广义协调四边形4结点薄板单元AΨQ-I和AΨQ-II。通过采用边界协调条件一次项与二次项分别协调使转角场实现了三次完备。与DKQ等同类单元相比,单元的精度和抗网格畸变能力都有很大提高。     

四边形单元面积坐标插值的新方法

该文利用三角形面积坐标插值和B网方法建立了平面四边形样条单元函数,这类单元函数的特点是满足协调条件,4/8/12节点四边形单元函数分别具有1/2/3次完备阶。其中后两个单元函数的完备阶数高于同类等参元和面积坐标广义协调元,并且应力在单元内部连续。该文通过算例测试了这些单元,数值结果显示它们具有高精度并克服了网格畸变的敏感性。     

一个有效的厚薄板通用COONS曲面矩形元

本文采用板壳有限元Coons曲面法和挠度位移与转角位移导数相关构造法构造出一个有效的厚薄板通用矩形单元,并直接给出位移场形函数;其推导简单易行,灵活多样,几何意义直观,力学概念清晰,并具有一般性。在薄板极限情况下,本文厚薄板通用单元自动退化为一个性能良好的薄板Coons曲面矩形元,不出现剪切闭锁现象。数值计算表明:本文构造的厚薄板通用单元具有较高的计算精度和良好的收敛性。     

一个简明有效的四边形杂交/混合薄板弯曲单元

本文应用加权残量法基本原理,给出了建立杂交／混合元模型的简明列式,构造了四 边形杂交／混合（多变量）薄板弯曲单元ＱＰ１２元。该单元列式简明,采用自然坐标插值,保持了 坐标的几何不变性：形成单元刚度阵的各矩阵均推出了显式,不需作数值积分,从而避免了 高阶矩阵的求逆运算,提高了计算效率和精度。数值结果表明, ＱＰ１２元的应力、位移精度均 较高,对各种载荷工况和边界支承条件适应性强。     

薄板弯曲分析的多边形流形单元

一般的数值流形方法均采用三角形、四边形单元进行计算。对于工程中的有些实际问题, 多边形单元能更好的适应复杂计算域形状。为此, 研究了采用多边形流形单元进行数值计算的方法。采用任意几何区域的Delaunay三角网格构造出新的凸多边形网格, 并以此单元作为计算的流形单元。采用改进的Wachspress插值函数作为多边形流形单元的权函数。为说明该方法的有效性, 将该流形方法应用于薄板弯曲计算, 推导出用于薄板弯曲分析的流形格式和单元矩阵。计算结果表明:较一般有限元法, 计算精度和收敛速度有很大提高。     

四边形单元面积坐标的微分和积分公式

构造四边形单元时，应用面积坐标方法有其优点。文献［１］系统地论述了四边形单元面积坐标理论，本文是文献［１］的续篇，补充论述采用四边形单元面积坐标时的微分和积分公式。采用三角形单元面积坐标时的微分和积分公式是其特殊情况。应用面积坐标方法时，易于得出四边形单元刚度矩阵的积分显式，无需依赖于数值积分，这个优点是采用四边形等参坐标时所不具备的。     

有限元新型自然坐标方法研究进展

网格畸变敏感问题一直是当前有限元法难以解决的问题,而新型自然坐标方法的诞生可以在一定程度上对解决这个难题有所帮助。该文介绍了有限元新型自然坐标方法研究的新近进展。包括第一类四边形面积坐标及其应用(单元构造,解析刚度矩阵的建立,以及在几何非线性问题中的应用等);第二类四边形面积坐标及其应用;六面体体积坐标及其应用。数值算例表明:无论网格如何扭曲畸变,这些基于新型自然坐标方法的有限元模型仍然保持高精度,对网格畸变不敏感。这显示了新型自然坐标方法是构造高性能单元模型的有效工具。     

六面体单元体积坐标方法

基于二维问题四边形单元面积坐标法的成功思路,建立了三维六面体单元体积坐标的系统方法,包括:1)六面体单元特征参数的定义及单元退化模式研究;2)六面体单元体积坐标定义;3)六面体单元的体积坐标与直角坐标、等参坐标之间的关系;4)六面体体积坐标的微分公式。可以看到,六面体体积坐标保持了局部自然坐标的优点,并且与直角坐标始终保持线性关系。它为构造对网格畸变不敏感的新型六面体有限元模型提供了新工具。