结构碰撞数值模拟的一类接触算法

本文提出了用于结构碰撞数值模拟的接触算法,包括接触搜索算法和接触力算法。在全局搜索过程中,引入了立方格和链表技术,使搜索的运算量由现有的O(Nlog₂N)降低为O(N)。在局部搜索过程中使用了自由曲面造型技术,提高了搜索精度,消除了“死区”现象。为便于与现有有限元软件连接,将全局搜索与局部搜索合并进行。本文给出的接触力算法既与显式时间积分格式相容,又能充分满足接触约束条件。文中给出了数值算例。     

橡胶大变形接触分析的新型算法

将可行方向内点法(FDIPM)引人有限元法中,用于橡胶大变形接触问题的数值分析.将超弹性体接触问题描述为不等式约束下的最小化问题,进而导出相对应的KKT最优化条件.采用载荷增量技术,每一载荷步中执行FDlPM以搜索得到节点位移和节点接触力的分布.计算中采用修正的NewtolT-Raphson迭代,每一载荷增量步只需计算和集成一次切线刚度阵,散值算例表明,新型接触算法能够达到合理的精度,求解效率较增广拉格朗日法明显提高.     

带脱层复合材料层板的低速冲击响应

研究了含脱层损伤的复合材料层板在低速冲击下的瞬态响应问题。首先,用基于Mindlin板理论的有限元法来描述层板的运动和变形,并同时考虑了层板大变形的影响。另外,用一种修正的Hertzian压痕法则来计算层板和刚球间的冲击力。同时为了有效地处理脱层间的动态接触问题,采用了由笔者以前提出的一种修正的Lagrange multiplier乘子法来提高计算精度和效率;为了研究脱层的扩展机理,提出了一种基于Mindlin板模型的应变能释放率的计算方法,用于计算脱层前沿的应变能释放率的分布。最后,算例研究了刚球的初始冲击速度、脱层面积和脱层位置对计算结果的影响,算例中提供的信息为人们更好地理解脱层损伤的扩展机理和它对复合材料层板的低速冲击响应的影响提供了依据。     

先进复合材料自行车架的动力学特性分析

本文利用实验模态分析方法对先进复合材料自行车困的动力学特性进行了实验研究，确定全碳纤维／环氧树脂编织结构复合材料自行车架以及传统铬钼钢材质自行车架的振动态模态参数与传递函数，分别给出了阻尼比，固有频率，传递函数等动态力学参数与它们动态性能之间的关系，并借助它们在冲击脉冲作用下不同模态的振型分析各自的动态变形特征，结果表明：全复合材料自行车架在刚度，定性，减震效果等方面比传统金属材质自行车架具有良好     

编织结构复合材料热膨胀特性的实验研究

对二维和三维碳纤维/环氧树脂编织结构复合材料的热膨胀特性进行实验研究, 确定编织复合材料热膨胀系数的各向异性分布特征, 给出其热膨胀特性与纤维编织模式和纤维体积含量之间的相互依赖关系, 分析编织复合材料的热膨胀机理, 表明其热膨胀系数的可设计性, 为设计复合材料零膨胀结构提供实验依据和理论分析。     

一种高效的解析刚度杂交元：第九届全国结构工程学术会议特邀报告

本文基于Ｒ．Ｐｉｌｔｎｅｒ和Ｒ．Ｌ．Ｔａｙｌｏｒ１９９９年的工作＾「１」，利用Ｍａｐｌｅ数学软件包，发展了一种解析刚度阵杂交元。这种单元具有和传统的位移元相当的效率，而蒿于位移元和ＱＭ６＾「２」单元。同时，该单元能方便地接入流行的商用软件，如ＮＡＳＴＲＡＮ、ＭＡＲＣ、ＡＢＡＱＵＳ等，以便进行大规模有限元计算。利用ＡＢＡＱＵＳ的ＵＥＬ功能，作者已将该单元成功地接入ＡＢＡＱＵＳ软件件中。文中给出的数值     

用边界元反分析构造平面残余应力场

基于固有应变概念,采用边界元方法,提出一种反方法构造连续的满足域内自平衡条件的平面残余应力场。考虑到反分析的稳定性,固有应变场用一系列光滑基函数(如多项式和三角函数)近似;为了识别由剪切固有应变引起的残余应力,求出对应于固有应变的位移特解与面力特解,将域内积分用双重互易边界元法转换为边界积分,保持了边界元法的优势;同时导出了灵敏度矩阵的显式表达,以提高反分析的效率。最后给出了两个算例验证方法的可行性。     

一种新的橡胶-帘线复合材料的模型及其参数识别方案

为了给工程应用提供简便而有效的数值计算方法,提出了橡胶-帘线复合材料的一种非线性数值模型。首先推导了这种模型的有限元格式,以便在ABAQUS软件基础上实现这种模型;然后在单胞有限元分析的基础上,将此类超弹性基体、长纤维增强复合材料等效为一种横观各向同性超弹性材料。给出的数值算例将此方法的计算结果与纤维、基体分别细分单元的有限元分析结果进行了比较,验证了该方法的有效性与实用性。     

网络机群下多项式预处理EBE-PCG并行算法设计与实现

针对单机上实现困难,计算费用高昂的大规模结构动力学问题,本文采用将总体运算分解到单元上进行的EBE计算策略和基于区域分裂的SBS存储和任务分配策略,设计了粗粒度EBE－PCG并行算法,并在网络机群环境下得以实现。在PCG迭代法中分别采用Jacobi预处理矩阵和多项式预处理矩阵,比较它们的迭代求解效率。悬臂梁受冲击载荷与吉普车车架振动响应分析问题的数值算例,证明了该算法不但能够显著地提高问题的求解规模,适合大规模结构分析计算;而且还能获得良好的并行效率,是一种适合网络机群并行环境的有效的粗粒度并行算法。     

带有沙漏控制的相对自由度壳元

针对一点积分的八节点相对自由度壳单元存在的沙漏现象，提出采用拟应变法解决该问题的方法，并对锁死问题进行研究。给出了带有沙漏控制的八节点相对自由度壳元内的坐标、位移插值公式，推导了拟应变的表达式，通过Hu-Washizu变分原理，建立了有限元求解方程。利用Wilson非协调位移模式，单元的计算精度得到了明显改善。算例表明：基于八节点相对自由度壳单元，本文给出的沙漏控制算法能够有效的解决线性静力问题，并且具有较高的计算精度。