粗糙表面热弹塑性接触自适应无网格分析

为了在较真实地模拟接触状态的同时节省计算耗费,采用自适应无网格法求解粗糙表面热弹塑性接触问题.计算中考虑了屈服强度温度相关因素,将基于应变能梯度的自适应无网格法与线性规划一增量初应力法相结合,构建了热弹塑性接触自适应无网格分析模型,并给出相应的程序流程.通过粗糙表面与弹塑性平面热弹塑性接触算例进行验证,分别对两种不同工程材料考虑切向摩擦力、材料应变硬化和材料屈服强度温度相关等情况进行了讨论.结果表明,采用自适应无网格法能有效求解粗糙表面热弹塑性接触问题,在保证计算精度与整体加密相当的情况下,自适应加密的计算耗费约为整体加密计算耗费的10%.     

接触问题的自适应无网格伽辽金方法

针对接触问题提出了基于应变能梯度的自适应无网格伽辽金方法。通过对自适应无网格伽辽金方法的原理讨论,给出了基于背景网格的误差估计方法,并对自适应求解流程进行了阐述。研究了无网格节点加密技术和自适应搜索半径等关键技术。编程求解了圆柱体接触问题,并与理论解和均匀密化数值解进行比较,给出了接触计算中合理的参数范围,对真实粗糙表面接触问题进行了计算,计算结果表明,在相当计算精度下,自适应加密计算耗时仅为同等整体加密计算的18.6%。     

粗糙表面热弹塑性接触自适应无网格分析

为了在较真实地模拟接触状态的同时节省计算耗费,采用自适应无网格法求解粗糙表面热弹塑性接触问题。计算中考虑了屈服强度温度相关因素,将基于应变能梯度的自适应无网格法与线性规划-增量初应力法相结合,构建了热弹塑性接触自适应无网格分析模型,并给出相应的程序流程。通过粗糙表面与弹塑性平面热弹塑性接触算例进行验证,分别对两种不同工程材料考虑切向摩擦力、材料应变硬化和材料屈服强度温度相关等情况进行了讨论。结果表明,采用自适应无网格法能有效求解粗糙表面热弹塑性接触问题,在保证计算精度与整体加密相当的情况下,自适应加密的计算耗费约为整体加密计算耗费的10%。     

新的粗糙表面弹塑性接触模型

提出一种新型的粗糙表面弹塑性微观接触模型.该模型的建立基于接触力学理论和接触微凸体由弹性变形向弹塑性变形及最终向完全塑性变形的转化皆是连续和光滑的假设.研究单个微凸体在载荷逐渐增加时的变形规律,并重点推出弹塑性变形区间的接触方程.在此基础上应用概率统计理论导出了粗糙表面的接触载荷、平均分离和实际接触面积之间的数学关系式.在不同的塑性指数和载荷条件下,该模型与GW弹性模型和CEB弹塑性模型就实际接触面积和法向距离的预测结果进行了对比.结果表明,在同样塑性指数和载荷条件下比GW模型预测的实际接触面积大但法向距离小,且两者的差距随塑性指数和载荷的增加而增大.因此该模型的预测结果更加符合人们的试验观察和直觉,能够更加科学和合理地描述两个粗糙表面的微观和宏观接触状态.     

粗糙表面热弹塑性接触问题的无网格法

建立可考虑屈服应力温度相关的粗糙表面热弹塑性接触无网格法数值计算模型.研究摩擦力和不同热输入情况下圆柱体与弹塑性平面的接触力学特性,探讨摩擦热效应对表面温升、接触压力和接触面积的影响.结果表明在考虑剪切摩擦力作用后,弹塑性接触压力分布不再关于接触区域中轴线对称而出现了"塌陷"现象.通过无网格法解与有限元法解比较发现不恰当的有限元网格划分会造成接触压力的数值震荡,而无网格法可避免这一现象的发生.发现忽略温度相关效应将高估最大接触压力而低估相应外载荷下产生的接触面积.     

车削真实粗糙表面的弹塑性接触有限元分析

目前表面模型主要以统计数学方法和分形方法居多,不能真实的反应表面特征.通过Wyko NT1100形貌测量仪获得车削表面的形貌数据,利用最小二乘法对Bad点和噪声点进行拟合插值处理,然后通过逆向建模得到真实粗糙表面模型,运用有限元方法,研究了弹性阶段和弹塑性阶段无量纲化接触面积和位移随无量纲化载荷的变化关系.结果表明:利用测量数据格式与CATIA V5之间联系,可以建立真实粗糙表面的模型;在弹性接触阶段,无量纲化接触面积和位移与无量纲化载荷之间近似成线性关系;而在弹塑性接触阶段,当弹塑性切向模量Et较大时,无量纲化接触面积和位移与无量纲化载荷之间才近似成线性关系.当载荷一定时,Et越小,接触面积和位移越大,对于一定接触面积和位移的载荷也越大.     

含涂层真实粗糙表面的弹塑性接触特性研究

运用有限元法、线性规划法和塑性增量理论对含涂层真实粗糙表面的弹塑性接触问题进行了分析。通过改变涂层材料的弹性模量、屈服极限及涂层厚度，研究了不同条件下接触面积与接触压力、平均间隙与接触压力的关系及变化规律，给出了3种数值方法的解与弹性解的比较，分析了各主要因素对接触压力、接触面积及平均间隙的影响。     

二维无网格伽辽金-有限元耦合方法的研究

论述无网格伽辽金方法（element-free Galerkin method,EFG）的基本原理－－移动最小二乘原理（moving leastsquare,MLS）和EFG方法的位移近似函数，给出变分方程及离散方程。对无网格伽辽金－有限元耦合（EFG－FE coupling）方法进行详细阐述。编制相应程序，通过算例表明拉格朗日乘子对强制边界条件的作用及无网格伽辽金方法在权函数参数变化时的收敛特性，论证无网格伽辽金－有限元耦合的有效性。     

弹塑性粗糙表面实际接触面积演变规律研究

粗糙表面的实际接触面积直接影响精密机电设备配合表面的摩擦因数、热导/电导率、接触应力等.然而,针对弹塑性接触行为进行系统性地研究很少,弹塑性粗糙表面实际接触面积的演变规律尚不明确.针对这一问题,通过理论研究获得了弹塑性粗糙表面实际接触面积的影响因素,并引入弹塑性接触力学数值计算方法,对具有不同材料参数和表面形貌特征的弹...     

具有界面热阻的接触传热耦合问题的数值模拟

发展了基于界面热阻本构模型的热接触耦合问题有限元分析的新算法。对接触边界的热交换分析采用压力相关的传热本构模型,为考虑力学-传热之间的耦合特性,建立两类变分方程,一类是热力学变分泛函,其考虑接触区域对结构热传导的影响。另一类是热弹性接触分析的参数变分原理,可以方便地对接触问题进行求解。文中给出有限元分析的离散公式,并进一步给出进行两类问题耦合分析的迭代算法,其中接触分析的惩罚因子是可以消除的。数值结果在验证文中算法的同时证实了耦合分析的重要性。     

基于模具解析描述的两维金属成形模拟中的通用接触处理方法

接触处理方法是影响有限元数值模拟精度和效率的关键因素。针对两维金属成形中模具可以用线段和圆弧分段解析描述的特点 ,提出了一种通用的 ,以节点位置和边界约束修正为核心的接触处理方法 ,它具有较高的计算精度 ,可以真实反映金属和模具之间的接触状态。     

三维真实粗糙表面弹性接触的全域数值解

本文提出了三维真实粗糙表面弹性接触问题的全域数值求解方法。这种方法采用网格规则划分和局部柔度矩阵存储解决了计算机存储问题;采用求解域收缩和逐次低松弛迭代解决了接触方程求解问题。运用这种方法可以获得真实粗糙表面弹性接触时全接触域内的压力分布与总载荷、接触图象及其实接触面积、接触变形与接触刚度等参数。计算结果与实测结果符合得较好。     

面向对象的接触问题的有限元分析

工程实际中接触问题是十分普遍的,本文基于接触单元法,采用面向对象的程序设计技术,实现了物体弹性接触的有限元分析,并提出了一种求解刚度方程的改进方法,可对零件接触表面接触载荷的分配与分布,因接触引起的应力分布变化及变形情况进行有效地研究。     

一种用于复杂曲面间不计摩擦接触等效建模的新型单元及其应用

工程结构中有一些具有双曲率半径的接触面,同时承受复杂的载荷工况。为避免由于双曲率曲面接触、单元形状畸变及其他力学难题等带来的收敛困难,提出一种只能承受压载荷的接触Link单元,用于分析在不计摩擦情况下的接触问题,采用等效建模的方法进行求解。同时对等效建模的方法进行详细的验证,为复杂结构分析提供一种新的有效方法。     

立车滑枕,滑座接触刚度有限元分析

用罚有限元法首次对工程中数控立式车床的滑枕与滑座之间的接触压力、变形进行分析。计算结果与实测值取得了很好的一致性，这表明接触问题的罚有限元法适用于分析机床各零、部件之间的接触压力和接触刚度。     

PRINCIPAL COMPONENT DECOMPOSITION BASED FINITE ELEMENT MODEL UPDATING FOR STRAIN-RATE-DEPENDENCE NONLINEAR DYNAMIC PROBLEMS

Thin wail component is utilized to absorb impact energy of a structure. However, the dynamic behavior of such thin-walled structure is highly non-linear with material, geometry and boundary non-linearity. A model updating and validation procedure is proposed to build accurate finite element model of a frame structure with a non-linear thin-walled component for dynamic analysis. Design of experiments （DOE） and principal component decomposition （PCD） approach are applied to extract dynamic feature from nonlinear impact response for correlation of impact test result and FE model of the non-linear structure. A strain-rate-dependent non-linear model updating method is then developed to build accurate FE model of the structure. Computer simulation and a real frame structure with a highly non-linear thin-walled component are employed to demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed approach.     

METHOD FOR ADAPTIVE MESH GENERATION BASED ON GEOMETRICAL FEATURES OF 3D SOLID

In order to provide a guidance to specify the element size dynamically during adaptive finite element mesh generation, adaptive criteria are firstly defined according to the relationships between the geometrical features and the elements of 3D solid. Various modes based on different datum geometrical elements, such as vertex, curve, surface, and so on, are then designed for generating local refined mesh. With the guidance of the defined criteria, different modes are automatically selected to apply on the appropriate datum objects to program the element size in the local special areas. As a result, the control information of element size is successfully programmed covering the entire domain based on the geometrical features of 3D solid. A new algorithm based on Delaunay triangulation is then developed for generating 3D adaptive finite element mesh, in which the element size is dynamically specified to catch the geometrical features and suitable tetrahedron facets are selected to locate interior nodes continuously. As a result, adaptive mesh with good-quality elements is generated. Examples show that the proposed method can be successfully applied to adaptive finite element mesh automatic generation based on the geometrical features of 3D solid.     

微电子机械系统的几个力学问题

讨论微电子机械系统（MEMS）的三个力学问题：（1）微系统界面区域的力学性质。（2）薄膜－基底结构界面的裂纹扩展。（3）微机械的弹塑性－粘着接触力学。文中在阐述了研究现状后,简要地报导了作者及其合作者对上述三个问题的研究结果。