基于非协调模式的几何非线性广义杂交退化壳单元

依据一个在局部坐标系下放松单元间连续性要求的广义变分原理,建立了基于非协调模式的几何非线性广义杂交退化壳单元。数值结果表明,构造的四结点退化壳元拥有很好的性能,可避免各种自锁问题。     

夹层板精密成形的数值模拟

为了实现基于“点阵钉模、真空负压、蜂窝夹层”的双曲度面板精密成形过程的有限元数值模拟,分析了成形 2个阶段的变形过程,建立了简化的力学模形,以一种广义协调薄板弯曲四边形位移单元为基础构造了具有公共横向位移自由度的几何非线性四边形四节点分别考虑和不考虑横向剪切的多层板单元,通过牛顿 -拉斐逊法结合载荷、位移约束量的增量法求解几何非线性方程,较好地再现了真实成形过程     

复合材料加筋圆柱壳稳定性的非线性有限元分析

 本文应用全拉格朗日列式法,对具有纵、横向加筋的叠层圆柱壳进行了非线性有限元稳定性理论公式的推导及求解过程的探讨。文中应用Sander's壳体理论的几何非线性及横向剪切,推导了矩形壳元及与该壳元变形相协调的直梁元与曲梁元的刚度矩阵,编制了FORTRAN计算程序。计算了柱、曲拱、曲壳拱,碳纤维加筋圆柱壳均匀轴压下的前后屈曲。也可用于计算加筋筒壳的弯曲、压-弯及外压等情况。     

结构动特性分析的超单元法

提出一种超单元法,将一个细化的静力学有限元模型转化为反映整体性能的动力学有限元模型。这里定义的超单元具有子结构和协调有限元双重特性。生成了刚性超结点和弹性超结点,以及3刚性超结点和4刚性超结点超单元,从而为构造超单元模型奠定了基础,实现了建模的一致性。算例表明本文提出的超单元法是对动力学有限元模型的精确描述,算法的计算效率高,工程适用性好。     

三维正交机织复合材料单胞特征单元及其应用

 基于三维正交机织复合材料，提出了一种特征单元均匀化分析方法。用“特征单元”来表示能够反映单胞的几何构造细节和材料构造细节的单元。首先用一般有限元方法对三维正交机织复合材料单胞进行分析得到总体刚度矩阵，利用该矩阵的特征向量建立了单胞的特征单元。通过比较特征单元的刚度矩阵元素和利用传统均匀化方法得到的刚度矩阵元素，说明了特征单元能够反应单胞的几何构造和材料构造细节。为了验证特征单元的有效性，分别用特征单元、传统均匀化方法和一般有限元方法计算了三维正交机织复合材料梁的固有频率，结果表明特征单元精度比传统均匀化方法高，而计算量比一般有限元方法大幅度降低。     

复合材料层合板胶接补强结构的承载能力分析

在任意四边形四节点复合材料层合板壳单元的基础上，推导了相应的八节点胶单元，并采用蔡-希尔强度理论以及蔡氏刚度退化准则，对复合材料层合板胶接补强结构进行刚度分析和极限承载能力分析，编制了相应的有限元分析程序。通过算例，对不同的补强面积对结构挠度的影响，以及对复合材料层合板开孔处补强结构的破坏载荷进行了分析和讨论，得到了一些有益的结果。     

密布多孔构件的低周疲劳寿命予测和试验研究

一、多孔构件应力场有限元分析　　为了计算多孔的涡轮叶片和燃烧室等构件的应力应变 ,我们编制和开发了壳体弹塑性有限元分析程序。用退化方法从三维单元推导出的曲壳单元。这种单元直接离散连续介质力学的三维方程 ,避免了由一般壳理论带来的复杂。曲面等参元具有独立的转角自由度和平移自由度 ,三维应力应变就退化为壳体情形。本文编制的这种退化壳单元程序还可进行各向异性材料的应力应变分析[1 ] 。涡轮叶片因开有很多孔而使结构强度大大降低 ,由于孔间的相互影响 ,应力场相当复杂。我们用下列三种简化模型作计算分析。三种平板尺寸为 …     

曲边单元间断有限元方法求解二维Euler方程

考虑到间断有限元方法对边界的敏感性,采用基于八节点曲边四边形单元的间断有限元方法求解了Euler方程的圆柱绕流问题。详细推导了八节点四边形单元的变换关系,给出了Jacobi矩阵行列式的具体表达式。对比直边单元和曲边单元的计算结果,采用曲边单元后,计算结果符合Euler方程的无粘假设,得出了八节点四边形单元间断有限元方法求解Euler方程是合适的结论。     

用张量分量混合插值的复合材料壳元公式

将张量分量混合插值壳体理论推广至复合材料壳元，并集成入大型有限元分析软件ＡＰＯＬＡＮＳ。该复合材料壳元具有线性、几何非线性及热弹性分析功能。可用于非对称、非均衡复合材料结构分析。与常规８节点复合材料壳元比较有精度好、效率高，且避免了单元“锁定”     

基于CFD/CSD的非线性气动弹性分析方法

提出了一种基于计算流体力学/计算结构动力学(CFD/CSD)的非线性气动弹性分析方法,并应用于切尖三角翼的非线性颤振和极限环振荡(LCO)研究。该方法将非线性有限元(FEM)和CFD计算相结合,并辅以高精度的界面插值,能够分析结构和气动非线性共存的气动弹性问题。结构部分以四边形平板壳元为基础,采用更新的拉格朗日(UL)方法分析结构大变形引起的几何非线性问题。气动部分以Navier-Stokes(N-S)方程作为控制方程,采用CFD方法计算跨声速气动力。机翼的非线性颤振计算表明了方法的有效性。最后应用该方法研究了切尖三角翼的LCO现象,其计算精度明显优于已有结果。     

非对称铺层复合材料板室温形状的非线性有限元分析

由于一般铺层复合材料板壳存在拉伸-弯曲、拉伸-扭转等耦合效应,在温度变化时将出现垂直于中面方向的翘曲变形,给工程使用和理论分析带来了极大的不便。但另一方面,利用非对称铺层复合材料板壳可以有效地减轻结构的重量,并可能提供利用平面模具制造曲面层合壳的新工艺。     

Nonlinear thermomechanical deformation behaviour of P-FGM shallow spherical shell panel

In the present article, the linear and the nonlinear deformation behaviour of functionally graded (FG) spherical shell panel are examined under thermomechanical load. The temperature-dependent effective material properties of FG shell panel are evaluated using Voigt’s micro-mechanical rule in conjunction with power-law distribution. The nonlinear mathematical model of the FG shell panel is developed based on higher-order shear deformation theory and Green-Lagrange type geometrical nonlinearity. The desired nonlinear governing equation of the FG shell panel is computed using the variational principle. The model is discretised through suitable nonlinear finite element steps and solved using direct iterative method. The convergence and the val-idation behaviour of the present numerical model are performed to show the efficacy of the model. The effect of different parameters on the nonlinear deformation behaviour of FG spherical shell panel is highlighted by solving numerous examples.     

Analysis of nonlinear deformation and stability of reinforced elliptic cylindrical shells under bending with internal pressure

A finite element statement of solving problems on stability of reinforced elliptic cylindrical shells taking into account momentness and nonlinearity of their subcritical stress strain state is presented. The explicit expressions for displacements of noncircular cylindrical shell elements as rigid bodies are determined by integrating the equations obtained by equating the components of linear strains to zero. These expressions were used to construct the form functions for an efficient quadrilateral finite element of natural curvature. An efficient numerical algorithm of nonlinear deformation and stability of shells was developed. The stability of reinforced elliptic cylindrical shells under combined loading by bending moment, transverse boundary force and internal pressure is analyzed. We also examine how the critical loads are affected by the strain nonlinearity and ellipticity of shell deformation at the subcritical stage.     

模拟X型号飞机复合材料机翼有限元分析

基于建立的模拟半梁式全金属x型号飞机机翼模型，用等刚度设计方法建立半梁式半复材、全复材的模拟x型号飞机机翼模型。用软件ABAQUS分别采用其中的三角形以及四边形壳单元计算全复合材料机翼、半复合材料机翼、全金属机翼在同种气动外形和载荷下的有限元分析，研究位移和应力的收敛情况。数值计算表明：位移收敛速度较快，应力收敛较慢，用不同类型单元和逐渐加密有限元网格对收敛判断是必要的。半复材机翼比全金属机翼减重35％左右，全复材机翼比全金属机翼减重接近50％。     

复合材料层合板、壳结构的承载能力

本文以有限单元法研究了复合材料层合板、壳结构的承载能力,所采用的单元是考虑耦合效应的高精度的离散性克希霍夫（Kirchhoff）假定层合板和层合壳三角形单元,非线性迭代采用变步长的载荷增量法以及等刚度和变刚度相结合的交替迭代法,编制了计算机程序DDJ-FZJF,并以多例证明该程序和算法是有效的。     

一种层压复合材料组合界面单元及有限元模型

 为了高效模拟计算复合材料层合板的层间损伤,提出了一种由刚性元和零厚度的内聚力单元组合而成的新型组合界面单元,并提出了以弯曲板单元作为子层单元,与上述界面单元结合构成的层合板三维有限元模型,通过界面单元刚度的连续衰减模拟分层损伤累积过程。有限厚度的八结点组合界面单元每个结点有5个自由度,能考虑子层结点平动和转动对层间损伤的作用。通过对双悬臂梁(DCB)和末端缺口弯曲(ENF)试验的计算模拟表明,新型组合界面单元和有限元模型能很好地模拟复合材料层合板的分层损伤过程,对不同的网格划分有很好的适应性。     

基于超椭圆方程和序列响应面法的回转壳开孔形状优化

含有多种功能开孔的轻质回转壳结构是航空航天结构系统内的常用支撑构件,其开孔形状直接影响结构的静动态性能。以回转壳结构为对象,基于超椭圆方程和坐标映射变换推导了回转壳开孔边界的参数化表达,开展了开孔形状动力学优化研究。为提高结构优化计算的精度、效率和收敛性,提出了准等弧长方法和基于均匀设计的序列响应面近似建模方法(SRSM),以分别实现空间超椭圆曲线的精确逼近、减少结构有限元分析成本和加快迭代收敛。以非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)作为响应面模型求解算法,结合有限元分析构建了回转壳开孔形状优化设计流程,开展了最大化结构一二阶频率带隙的典型回转壳结构开孔形状优化设计。结果表明,基于超椭圆方程和序列响应面法的开孔优化方法获得了有效改进结构动态特性的回转壳开孔形状,对开展计算耗时工程结构形状优化设计具有一定应用价值。