螺栓-法兰连接结构非线性优化设计方法研究综述

螺栓-法兰连接是应用于航空航天、核能等领域的管道主要连接形式.工程上迫切希望获得此类结构的最优化设计,以实现系统性能最佳化.针对这种连接结构的优化设计实际包含接触问题和优化问题两部分的内容,是非线性因素的耦合以及优化设计层层迭代的过程.综述了小变形弹性接触问题中的有限元法及其在工程中的应用,针对螺栓-法兰中优化设计中关心的花瓣的优化,同时还简述了拓扑优化设计方面的研究进展.最后对今后的研究方向和研究的重点作了展望.     

随机有限元法及其工程应用

随机有限元法是近年来发展起来的一种工程数值计算方法，由于它建立在有限元的基础上，并采用随机参数来描述工程实际问题，因而具有更广阔的发展前景和重要的应用价值。随机有限元法的主要内容包括随机原理、随机有限元控制垢建立及其求解。目前，它已被广泛应用于计算结构的可靠度、动力问题、复合材料力学及非线性问题等方面。随着研究工作的竽计算结构的可靠度、动力问题、复合材料力学及非线性问题等方面。随着研究工作的不断深     

含孔边裂纹各向异性有限板的二维问题

应用边界元法，并结合一种特殊的复变函数基本解，研究了含孔边裂纹的各向异性有限板的应力强度因子修正系数的计算。这种特解边界元法避免了在裂纹附近划分单元，可以获得较好的数值计算精度。通过算例分析，结果表明本方法精度高，运算量小，具有一定的工程应用价值。     

三维弹塑性边界元1/r~3积分奇异性的处理

本文将文[2]的基本思想与方法,推广应用于处理三维弹塑性边界元法塑性单元中的1/r~3积分奇异性问题,推导了有关的具体公式,并从理论上证明了该方法处理1/r~3奇异性的有效性。针对奇异性单元。本文提出旋转与坐标转换的分割技术,可大大减少工作量。并使计算机编程更简洁。数值算例研究表明,文中采用的方法是十分有效的。     

双重互易边界元法在求解N—S方程中的应用

提出了用双互易边界元法求解Ｎ－Ｓ方程的新思路。用Ｐｅａｃｅｍａｎ－Ｒａｃｈｆｏｒｄ算子分理解将时间相依的Ｎ－Ｓ方程分解为线性和非线性子问题，线性问题用共轭梯度法解除压强－速度的耦合；非线性问题进行局部线化。对所得的Ｐａｓｓｉｏｎ方程及相关类型方程采用双重互易的边界元法求解，消除了传统Ｎ－Ｓ方程边界元解法的区域积分问题。     

大挠度复合材料柔性梁的静力学分析与试验

提供了一种处理具有结构耦合的大挠度复合材料柔性梁的分析方法。在将三维弹性问题分解为二维线性剖面特性分析和一维非线性分析的基础上，采用有限元法计算梁的二维剖面刚度特性，编制了具有多个单元库的程序软件，它能有效地处理复杂剖面形状，对参考剖面点的翘曲位移未加任何限制；一维非线性分析时用Ｅｕｌｅｒ角描述梁的空间变形位置，建立的非线性微分方程组适用于任意大变形情况。文中给出了详细的分析与试验结果，并着重分析和试验了根部安装角分别为０°，４５°的两种情况，揭示了结构耦合对变形的影响，试验与分析具有良好的一致性，表明本文方法及处理简便、可行。     

基于细以方法的颗粒增强复合材料弹塑性分析

针对高体积含量的颗粒增强复合材料，提出了一种细观结构模型：将颗粒简化为同质、同尺寸的弹性圆球，两颗粒之间的连接基本简化为一弹塑性短圆柱体，并假设细观应力、应变和塑性区均为轴对称分布。其体和颗粒的变形行为分别简化为类似于弹性地基和弹性半空是，以此为基础，建立了反映一对颗粒法向和切向变形协调关系的两个积分方程。数值求解这两个方程，可得到一对颗粒间基体中细观应力的分布形式，从而建立颗粒对的细观弹塑性本构，采用平均化方法，进一步推导出材料宏观的应力－应变关系。本文利用该模型对一种金属基复合材料的拉伸实验进行了模拟，理论预测与实验结果吻合较。     

三维弹塑性缺口问题的应变等效法

通过对三维应力约束下含中心圆孔的双向拉伸板进行弹塑性理论分析,提出线弹性等效应变解与弹塑性等效应变解之间存在的内在关系,弹塑性等效应变解可以由线弹性解通过简单的变理代换得到。利用二维和三维弹塑性有限元分析证实,在一般制品几何情况下,本文提出的应变等效法比著名的Neuber法和等效应变能密度法具有更高的精度和适应能力,并且可经给出弹塑性全场解,对不同缺口形状,不同材料,不同载荷情况具有通用性,可以作为有限元法的补充,为结构的细节设计和寿命分析提供了高效的工程方法。     

零泊松比蜂窝结构一维变形行为

为满足柔性蒙皮的变形需求,针对一种适用于柔性蒙皮的零泊松比蜂窝结构开展了一维变形行为的研究。首先通过考虑蜂窝胞壁轴向变形及弯曲变形,基于能量法建立了零泊松比蜂窝结构的等效弹性模量理论模型,并分别应用数值分析和试验方法验证了理论模型的正确性。然后分别以铝合金和钢材为基体材料,利用数值分析方法进一步分析了零泊松比蜂窝结构的非线性变形行为,并获得了蜂窝结构的变形量与残余应变的关系。结果表明:蜂窝变形过程中的力学行为与结构的几何参数以及母材的选择有关。因此,可以通过改变蜂窝结构的几何参数,实现蜂窝结构驱动力及残余应变的调节;同时,在选择基体材料时,为兼顾"面内"刚度和"面外"承载能力,不仅应该选用杨氏模量小的材料,减少其驱动力,还应该选用弹性段大的材料,减小残余变形。     

组合荷载作用下非完善层合板后屈曲分析的半解析法

本文采用经典层合板理论，研究横向荷载作用下面内受压非完善复合材料层合板的后屈曲问题。分析中将板在横向荷载作用下产生的小挠度弯曲变形和几何缺陷视为结构的初始挠度，给出了基于摄动技术、单向DQ离散格式和Galerkin法的半解数值分析方法，可方便地分析不同边界约束（简支、固支、弹性转动约束等）层合板的后屈曲性态。文中通过算例讨论了边界约束、荷载型式、纤维铺设方式等因素层合板后屈曲行为的影响。     

平面斜边界问题的边界元分析

本文对处理斜边界问题的边界元法的方程进行了推导和分析,通过引入局部坐标系,建立局部坐标与总坐标间的变换关系,使边界元法在处理结构斜边界问题中更为简捷方便。通过几个算例及某发动机叶片燕尾形榫头的应力分析,证明结果是令人满意的,尤其在计算边界应力时,边界元法比有限元法更为精确。     

大缝隙密封的几种异型截面橡胶密封结构的有限元分析

针对大缝隙密封要求,利用有限元方法,考虑了橡胶材料的非线性影响,分别对矩形、椭圆形、骨形、塔形和月形硅橡胶密封件和相应的O形密封圈的压缩变形过程、压缩反力、接触应力和性能特点进行分析,计算结果与压缩试验结果基本一致,证明有限元方法可应用于该类橡胶密封结构的设计分析。密封模拟试验结果表明,塔形和矩形密封圈可在较大缝隙时（大于5mm）保证良好的气密性,弥补了传统0形密封圈的不足。     

填充各向异性介质二维开口腔体散射特性分析

应用非重叠型区域分解法(DDM)结合有限元法(FEM)和边界元法(BEM)分析了填充多层各向异性介质的二维开口腔体横电波(TE)散射特性。对腔体外的区域采用BEM法分析,将腔体内的每层介质作为一个子域,用FEM法分析,各子域间通过传输条件进行耦合。分别计算了腔体中填充各向同性和各向异性介质时的雷达散射截面,数值结果表明了该方法的有效性。采用这种技术,大大地减少了对计算机内存的需求。     

一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法

提出了一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法。首先,运用弹塑性理论模型求解出铆接造成的铆钉孔周边的残余应力。然后,通过三维弹塑性、接触非线性有限元分析(Finite element method,FEM),计算出载荷传递引起的铆钉孔周围的应力分布。将这两个应力场进行叠加,并将沿径向距离疲劳危险部位应力最大处特定距离的点的应力,对照相关材料的光滑试件S-N曲线进行插值,得到疲劳寿命的评估结果。新方法与应力严重系数法(Stress severity factor,SSF)法进行了对比,并通过试验验证了该方法的可行性和准确性。     

高速碰撞中Lagrange有限元方法及其应用

根据连续介质力学守恒方程和有限元离散方法，针对三维高速碰撞现象的特性，应用瞬时最小闰能原理，完整地推导了高速碰撞有限元基本列式和离散方程，并给出了高速碰撞问题的中心差分求解算法，讨论了非线性Ｌａｇｒａｎｇｅ动力有限元程序数值计算中应重视的问题，本文给出的典型算例说明本方法对高速碰撞问题分析的有效性。     

基于有限元法的齿轮强度接触分析

基于有限元法的基本算理,利用有限元软件,从静态和动态两个方面对齿轮进行接触分析,计算出齿根的最大应力,通过与经验公式计算结果对比,有如下结论：1）基于有限元法的齿轮接触分析是切实可行的计算方法,静态和动态模拟数据均比较合理;2）动态接触计算模型计及了啮合过程中的冲击效应和摩擦的影响,相对于静态算法而言,能更为真实的模拟齿轮啮合的真实状况;3）静态接触模型能准确快速地模拟稳态运行状态下的齿轮强度。齿轮的接触强度的合理分析,对改善齿轮传动性能和提高齿轮设计制造水平有一定的意义。     

复合材料层板层间应力分析的非协调元方法

构造了一种非协调元方法，并用于复合材料层析间应力的分析。与常规的协调们移单元相比，非协调元能明显地提高计算精度，与杂交元相比又具有列式简单、计算效率较高的优点。非协调元属于单变量有限元，但从本质上补证明与杂交元存在等价性，因而具有多变量有限元的一些优点。在以往的复合材料层间应力分析中，单变量的们移元和多变量的杂交元比较多见。本文试图把非协调元应用于层间应力的分析。结果表明，这一方法兼有位移元和杂交