采用壳体应变—应力状态的体—壳过渡元

由于初始热应变表达式不当及不能完全实现泊松效应,以往建立的体-壳过渡元会导致不真实的大应力。本文采用壳体应变-应力状态作为过渡元中的应变应力状态,给出~种新的15节点体-壳过渡元列式,从而解决了以上两个方面的问题。算例表明了这种过渡元的有效性与实用性。本文方法既适用于其它类型的过渡元,对于其它处理体-壳组合结构的方法也有重要参考价值。     

采用壳体应变应力状态的正交异性体─壳过渡元

采用壳体应变-应力状态的过渡元推广于正交各向异性材料, 以解决壳体法线与一个材料主轴重合的正交异性体-壳组合结构的应力分析问题。算例表明:采用本文建立的过渡元计算正交异性体-壳组合结构是有效的, 精度能满足工程要求, 并能节省计算时间。      

复合材料、蜂窝夹层和/或金属结构有限元分析

本文针对复合材料层钣的特点发展一种新的层钣有限元分析方法,建立了等参体元、超参壳元、体-壳过渡元及元外节点元的刚度矩阵。这些元素适用于各向同性材料、正交异性材料、蜂窝夹层和/或复合材料层钣的有限元分析,可以逼真地描述形状复杂的结构;还可以用来解决当前复合材料层钣研究的重大课题——层间应力计算问题。从工程应用出发,探讨了上述各种结构的最大承载能力,利用增量变刚度法提出一种解决复合材料这一非线性问题的分析方法。文中给出了一些算例,计算结果表明,所述方法是十分有效的。     

复合材料桨叶过渡剖面边界区域应力传递边界效应初探

在复合材料桨叶载荷标定前的解耦或应力应变测量等工作中,会碰到一个“奇怪”的现象：在桨叶过渡剖面边界区域测出的应变（或应力）与“平剖面假设”规定不符。文章从某型号尾桨叶载荷标定前解耦调片工作中碰到的现象引出论点,再用有限元对桨叶传力进行建模分析,给出了定性的结论。文章的目的就是从型号中来,再应用到型号工作中去,为今后的复合材料桨叶载荷测量的贴片位置选择起一指导作用。     

考虑加载历史的热弹塑性有限元法

本文从外荷载施加方式和加载过程中的单元性态变化两个方面考虑加载历史。采用模拟荷载施加过程的方法处理荷载。对于单元性态做第一类弹性元、第二类弹性元、第一类过渡元、第二类过渡元、卸载元和塑性元六种区分,采用随动修正法处理上述各类单元。根据如上的方法,开发了可对轴对称类结构进行模拟加载过程的热弹塑性分析程序系统。      

固体推进剂应力和应变与使用寿命关系

以Eying动力学公式为基础，结合推进剂应力-应变关系公式，将应力应变因素引入动力学公式，推导出了应力和应变与动力学公式的关系，并利用定载荷试验和定应变试验验证了上述关系。研究表明在推进剂的老化过程中，应力和应变的作用等效于降低了推进剂老化的表观活化能，从而加速推进剂的老化。应力对活化能作用系数γ的计算结果表明，应力和应变对加速推进剂老化、缩短推进剂寿命的作用是显著的。利用推导出的应力和应变与动力学公式的关系，可以使推进剂寿命预测的结果更接近于发动机中推进剂的实际使用寿命。     

复合材料壳体的应力和稳定性分析

一、引言 在现有的文献中,复合材料壳体的稳定性计算,大都采用环元针对轴对称分布载荷的轴对称旋转壳进行的。但是在实际结构中有大量的非轴对称壳体,壳壁大都是变厚度,实际载荷也大多是非轴对称分布,并且往往还有由温度改变而产生的热应力,或称它为“热载”。为了解决这些更为广泛的实际问题,开展了这项研究工作。     

壁板铆接变形分析及铆接顺序规划研究

壁板是构成飞机气动外形的重要组件,提高其外形装配精度对保证飞机的飞行性能至关重要。传统的研究主要集中在铆钉及孔周围的变形,而对壁板铆接整体变形的研究较少涉及。以壁板自动钻铆为对象,以单钉铆接变形分析为元模型,提出了壁板铆接"局部-整体"变形快速求解方法。钉孔周围采用体单元,壁板其余部分采用壳单元,利用"体-壳"连接建模方法,构建了"局部-整体"映射加载模型,将钉孔周围复杂的应力应变状态传递到壁板整体薄壳模型上,实现了壁板铆接变形的快速计算;以铆接变形最大值最小为目标,采用遗传算法进行铆接顺序优化,实现了对壁板铆接变形的有效控制。     

轴流压缩系统带支板过渡段的轴对称等效方法

 航空发动机轴流压缩系统过渡段内存在厚支板,该支板造成的堵塞对过渡段的性能产生重要影响,同时也使过渡段内流动成为三维复杂流动,增加了设计难度。建立了一种等效方法,通过构造与带支板过渡段具有相似气动特性的轴对称过渡段,近似地等效原带支板过渡段,从而将复杂的三维问题简化为二维轴对称问题。首先,理论推导了带支板过渡段的轴对称等效方法;随后,通过数值模拟方法,对带支板过渡段和等效过渡段内的流动特性进行对比,结果表明等效过渡段不仅与带支板过渡段的静压分布吻合很好,并且两者具有相似的损失规律,说明等效方法能客观地反映支板对过渡段内流动的影响;最后,将轴对称等效方法应用于带支板过渡段原型的改进设计,改进设计后带支板过渡段支板与轮毂角区的大范围流动分离被消除,损失减小了41.6%。     

粗糙元取向对湍流统计量影响的数值研究

采用直接数值模拟方法研究了椭球体粗糙元取向对粗糙壁槽道湍流统计量的影响，其中，粗糙元几何采用清晰界面浸没边界方法直接解析。考虑了四种不同粗糙元取向的粗糙壁，包括随机取向、垂直放置、朝下游倾斜45°、朝上游倾斜45°，对于每种取向选取三种不同粗糙元间距。模拟结果显示：粗糙元取向对湍流统计量有显著影响；对于小粗糙元间距(l=2.0r，其中r为椭球体的最短半轴长)，“随机取向”粗糙壁的砂粒粗糙度长度(k_s)大于其他粗糙壁；对于大粗糙元间距(l=2.8r、3.5r)，“垂直放置”粗糙壁的k_s最大；“朝下游倾斜45°”和“朝上游倾斜45°”粗糙壁的ks下游倾斜45°”粗糙壁的流向分散应力高于“朝上游倾斜45°”粗糙壁；垂向和横向分散应力远小于流向分散应力，其中“随机取向”粗糙壁的垂向和横向分散应力幅值最高。     

轴对称杂交应力元的优化列式

文章把杂交元的单元优化设计原理应用于轴对称问题,从优化条件的轴对称形式出发,导出了这类杂交应力元的优化列式。其优化性能突出表现在离散模型对于计算背景（如网格的形式、单元的畸变和材料的不可压缩性等）的广泛适应性。文章还对优化杂交元的收敛、以及伪剪应力等问题开展了讨论,并与轴对称问题的其它有限元方法进行了计算比较。     

分析实体-壳体组合结构及抗拉压平板-平面梁组合结构的一类过渡元素

本文建立了一类过渡元素,它与同阶次标准等参数实体（或平面）元素及超参数壳体（或平面梁）元素配合协调,可用来处理实体-壳体及抗拉压平板-平面梁这样的非标准交接组合结构。叙述了建立这类过渡元素的一般方式。给出了2次过渡元素的公式系统。数值计算结果表明,这类过渡元素是十分有效的。     

基于固体壳单元的功能梯度材料板壳主动控制模拟仿真

基于假定自然应变法和加强假定应变法,推导了一用于压电层合FGM壳静、动态主动控制模拟的固体壳单元,该单元既可用做实体单元,又可模拟薄曲壳结构,在厚跨比非常小的情况下也能获得令人满意的精度.FGM壳的性能沿厚度方向按一定体积分数幂指数分布,并具有温度相关性,通过改变幂指数n,研究了组分材料体积分数对FGM壳力学性能的影响.采用闭环速度反馈控制算法来模拟压电层合FGM壳的静、动态响应的主动控制,算例表明了算法的有效性.     

考虑预应力和液体影响的圆柱壳颤振分析

 为了研究预应力和液体对圆柱壳颤振的影响,采用杂交元方法,建立了圆柱壳的气动弹性方程。由Sanders薄壳理论和经典有限元理论,从壳的精确解推导节点位移函数入手,并由一阶活塞理论得到结构的气动阻尼矩阵和刚度矩阵,最终推导出考虑预应力和内部液体影响的圆柱壳的混合有限元公式和气动弹性方程。通过特征值法验证了此种有限元方法的正确性,并重点研究了预应力和内部注有液体对圆柱壳稳定性的影响。计算结果表明:预应力和液体对圆柱壳的颤振特性有显著的影响。     

固体火箭发动机壳体及喷管模态分析

发动机模态参数是检验发动机有限元动力模型、进行振动响应分析的基本数据.本文选用锥壳单元,介绍了轴对称旋转壳模态分析方法.计算了发动机壳体和喷管的固有频率和振型,并与实验结果进行了对比分析.     

含脱胶压电传感器/驱动器的智能结构的有限元分析

将压电传感器、驱动器粘贴在复合材料结构的表面可实现结构的振动主动控制 ,但若传感器、驱动器部分脱开会对结构的静、动态特性产生显著影响。建立了一个新的加强假定应变压电固体单元 ,用于压电自适应层合结构振动主动控制的模拟仿真。与现有的压电固体单元相比 ,所建单元性能更优越 ,精度和计算效率更高 ,并能用于壳体结构的分析。采用相同坐标值但不同的节点号的方法模拟脱层 ,利用该单元分析了传感器、驱动器脱开对结构动力学特性的影响。     

八节点Hamiltonian等参元列式

为了使平面八节点等参元的优越性在弹性力学Hamilton正则方程的半解析法得到应用。结合弹性材料修正后的Hellinger—Reissner（H—R）变分原理和二次插值函数表达平面外应力和位移函数,建立了Hamilton正则方程的八节点等参元列式。首先简要地介绍了弹性材料修正后的H—R变分原理．然后用二次插值函数表示平面外应力和位移变量,并详细地推导了Hamilton正则方程的八节点等参元列式。数值实例结果证明了本文等参元列式的正确性。     

复合材料叠层板壳有限元的渐近解

 本文针对复合材料叠层板壳结构建立了一个分层计算的有限元模型,此模型的特点是以参考面的位移和各层横向剪应变作为独立的自变量,导出了叠层板壳的有限元模式,这是和原有分层模型的本质区别,从而具有以下优点:(1)刚度矩阵具有良好特性,可采用渐近法求解,大大提高了计算效率,克服了分层模型中的最大困难;(2)完全避免了较薄的板壳在有限元计算中常发生的“剪切自锁”现象;(3)较精确地考虑了各层的剪切效应,无须再引入剪切修正系数。还采用此模型较好地解决了任意铺层的叠层板弯曲、叠层板脱层屈曲和承受任意载荷的轴对称叠层壳的弯曲等问题,证明了此模型的优点和可靠性。此模型还极易推广应用于叠层板壳的动力、稳定和层间应力等问题。     

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.     

Nonlinear deformation and stability of discretely reinforced elliptical cylindrical shells under transverse bending and internal pressure

A finite element formulation of solving the stability problems for the discretely reinforced noncircular cylindrical shells is presented taking into account that their subcritical stress strain state is instantaneous and nonlinear. The author-developed finite elements for a natural-curved shell and the beam elements of reinforcements are used. A numerical algorithm to study the nonlinear deformation and stability of shells was developed. The stability of a stringer-stiffened cylindrical shell with an elliptical cross-sectional contour under transverse bending and internal pressure is examined. We also investigate the effect of internal pressure, ellipticity and nonlinearity of deformation, as well as of reinforcement discreteness and heterogeneity.