壳体的有限元线法分析(Ⅱ)——数值算例

本文介绍了用前文所构造的任意曲面壳体的四边形有限元线法^[1]单元所作的几个数值算例。算例表明该单元具有精度高、网格适应性好、厚薄通用的特点,采用p收敛技术可顺利克服闭锁,同时获得高精度的位移和内力,是求解壳体结构的一种有竞争力的半解析方法。     

常微分方程特征值问题求解器解法的改进

对于工程中的常微分方程(ODE)特征值问题,已有一套完整的算法,并据此算法开发出ODE特征值求解程序COLEGN。该程序需要用户输入直接求解(非线性)和逆幂迭代(线性)两套ODE体系,输入繁琐,不便于使用。针对这一问题,研究了这两套ODE体系间的内部联系,建立了从非线性ODE体系获取线性ODE体系的具体途径,并据此改写了COLEGN程序,简化了用户的输入,使之更易于使用,另外,还对边界条件含特征值的情况作了相应处理,拓宽了算法的适用范围。     

从“随机”到“精确”——杆系结构振型精确计算的最新进展

对于杆系结构，Ｗｉｔｔｒｉｃｋ－Ｗｉｌｌｉａｍｓ算法提供了精致有效的频率的精确算法，但多年来，振型的计算却由于种种困难的时滞后，本文在回顾，比较振型求解的多种算法的基础上，初步提出了一个新的精致高效的精确算法，并以数值算例展示了令人满意和鼓舞的初步成效。     

平面曲梁面外自由振动有限元分析的p型超收敛算法

该文用p型超收敛算法对平面曲梁面外自由振动问题进行求解。该法基于频率和振型结点位移在有限元解答中的超收敛特性,在单元上建立振型近似满足的线性常微分方程边值问题,用更高次元对该线性边值问题进行有限元求解获得各单元上振型的超收敛解,将振型的超收敛解代入Rayleigh商,得到频率的超收敛解。该法作为后处理法,修复计算分别在各个单元上单独进行,故通过少量计算即能显著提高频率和振型的精度和收敛阶。数值算例显示该法稳定、高效,值得进一步研究和推广。     

动力刚度法求解平面曲梁面外自由振动问题

该文将动力刚度法应用于平面曲梁面外自由振动的分析。通过建立单元动力刚度所满足的常微分方程边值问题,用具有自适应求解功能的常微分方程求解器COLSYS 进行求解,获得单元动力刚度的数值精确解。以COLSYS 求解单元动力刚度的网格作为单元上固端频率计数求解的子网格,由单元动力刚度的边值问题解答线性组合出该子网格下各子单元的动力刚度,由Wittrick-Williams 算法获得单元固端频率的计数。从而实现整体结构的Wittrick-Williams频率计数。通过建立单元动力刚度对频率的导数所满足的常微分方程边值问题,调用COLSYS求其数值精确解,并将其引入导护型牛顿法,可迅速求得结构精确的频率和振型。数值算例表明,该文方法准确、可靠、有效。     

结构自由振动问题有限元新型超收敛算法研究

该文以杆件轴向自由振动问题为例提出一个结构自由振动问题的新型超收敛计算方法。该法基于有限元解答中频率和振型结点位移的超收敛特性,建立了单元上振型近似满足的线性常微分方程边值问题,对该线性边值问题采用更高次数的多项式进行有限元求解获得各单元上振型的超收敛解,将振型的超收敛解代入Rayleigh商,获得结构频率的超收敛解。该法简单、直接,通过很少量的计算即能显著提高频率和振型的精度和收敛阶。数值算例显示,该法高效、可靠,是一个颇具潜力的新方法。     

壳体的有限元线法分析（I）——基本理论

本文从退化壳理论^[6]出发构造了任意曲面壳体的四边形有限元线法^[1][2]单元。该单元满足C^0连续，为协调单元。对于所构造的单元，本文从最小势能原理出发推导出用该单元作壳体静力计算的控制微分方程的边界条件，得到一致的线法方程体系。全文共分两篇，此为上篇，主要介绍基本理论，数值算例将在下篇中给出。