渐变刚度钢板弹簧刚度特性计算的曲率-载荷混合法

渐变刚度钢板弹簧在汽车中有广泛的应用.目前,汽车钢板弹簧的计算方法主要有共同曲率法和集中载荷法,但用这些方法计算副簧为变截面簧片的渐变刚度钢板弹簧时,适应性不好、精度不高.本文建立了具有该结构形式的渐变刚度钢板弹簧的普遍适用的力学模型,提出了一种计算分析渐变刚度钢板弹簧刚度特性的曲率-载荷混合法,通过对某型铃木汽车的渐变刚度钢板弹簧刚度的实例计算及与实验值比较,表明本文提出的曲率-载荷混合法简便易行且有较好的精度.     

变刚度矩形薄板的弯曲和稳定计算

本文研究两对边简支,其它两边任意支承,板的刚度沿简支边方向按任意规律变化的矩形板。采用文[1]提出的有限板条元素法求解。其特点,与习用的有限单元法或有限条法不同,不是先建立单元或单条的刚度矩阵,然后拼装总体刚度矩阵再求解,而是确立各个板条元素的变位和内力的传播关系。计算实例表明该方法简便有效。     

软芯三明治梁受移动点载荷作用的动力响应

为了得到软芯三明治梁在移动集中载荷下的动力响应,基于扩展的高阶三明治梁理论和Hamilton原理,建立了任意节点的弱形式求积三明治梁单元,利用微分求积法的权系数显式表达式给出了单元刚度矩阵和质量矩阵的公式,并验证了刚度矩阵和简化质量矩阵的正确性和方法的有效性,结果表明弱形式的求积单元法具有精度和计算效率高的优点。然后,采用中心差分法首次给出了两端固支软芯三明治梁在移动集中载荷作用时的动力响应。本文的研究拓展了弱形式求积法的应用范围。     

复合材料层状板有限元分析

本文按照折合弯曲刚度理论,导出了矩形板单元的刚度矩阵。该单元考虑了横向剪切变形,每个节点具有三个自由度,适用于各向同性材料,正交异性材料和复合材料层状板(包括薄板和中等厚度板)的有限元分析,同时还导出了一致的几何刚度矩阵,可用于板的线性稳定性分析。文中给出了一些算例,计算结果表明,该单元不但节点自由度少,公式简单,而且还保证了一定的精度。     

温度载荷对壁板动力学特性的影响

提出了一种新的结构热应力、热模态求解方法。采用多变量有限元方法进行几何非线性单元列式,将温度的影响转化成热载荷进行静力学非线性有限元分析得到结构内部热应力,然后计算受热应力影响的结构非线性热刚度矩阵。由热刚度矩阵和质量矩阵进行广义特征值分析得到结构的热模态及其模态频率。最后,给出了热屈曲的计算方法。针对典型壁板结构计算了热应力和热模态,计算结果与Nastran相差在10%以内,分析了热应力对壁板结构动力学特性的影响。     

电磁场计算中一种特殊边界条件及其在波阵解中应用

提出了一种周期边界条件在电磁场有限元方程组中的处理公式，经推导表明，该处理方法的核心是在总体刚度矩阵对有关周期单元系数矩阵的二次叠加，随后着重分析讨论了该公式在波阵解中的实现方法，主要包括建立有关周期边界单元及节点编号数组，建立存贮这些单元系数阵的公用数组，在引应边界节点地上系数矩阵的二次叠加以及改变周期单元节点在“波阵”中的消元次序等。通过这些措施，克服了波阵法不能求解带有约束条件的大型线性方程     

基于等参梯度单元的功能梯度材料结构分析

为了解决功能梯度材料非均质特征引起的特殊力学行为的模拟仿真技术难题,本文基于有限元基本理论框架,将材料梯度引入形函数,对单元刚度矩阵进行改写,发展了平面四节点与八节点等参梯度单元,并采用高斯积分数值处理方法,基于ABAQUS平台开发了等参梯度单元UEL(User-defined element)子程序,建立了功能梯度材料结构件的仿真分析方法。采用功能梯度材料正方形平板,研究网格密度对计算结果的影响,验证了平面四节点与八节点等参梯度单元的收敛性。将本文梯度单元与常规单元的计算精度进行了对比分析。当载荷条件较复杂时,常规单元计算的应力场出现阶跃,严重失真;而梯度单元得到的应力场光滑连续,可以采用较少数目的单元,即可得到比常规单元更为精确的计算结果。最后进行了功能梯度材料开孔结构和悬臂梁的计算分析,得到收敛解,需要采用的梯度单元数量远少于常规单元。研究表明,平面四节点与八节点梯度单元计算精度和效率均优于平面八节点常规单元,更优于平面四节点常规单元。     

几何非线性固体壳单元新列式的研究

通过定义广义应力，提出了一个改进的刚度矩阵，以克服固体壳元的厚度自锁问题；由一个基于广义应力的新的非线性变分泛函，推导了一个用于几何非线性分析的十八节点固体壳单元，精心选择低、高阶应力插值模式，保证二者正交，且对应于低阶项的刚度阵与减缩积分单元相当，对应高阶项的刚度阵用于克服单元的零能模式且可推得显式，从而显著提高了计算效率，此外该单元还拥有优秀的收敛性能，即使在非常大的载荷步下也能取得好的收敛结果。     

变截面悬臂梁在任意载荷作用下弯曲问题研究

本文提供了一种求解变截面悬臂梁在任意载荷作用下最大正应力及最大变形的方法。此种方法运用了以能量为基础的瑞利－李兹法求挠度，避免了一般材料力学中采用直接积分的方法所带来的困难。运用此方法对两例不同截面、不同载荷作用下的悬臂梁的最大正应力及最大变形求解，其过程较简洁。可以看出此法具有通用性，能方便地解决此类问题。     

变面悬臂梁在任意载荷作用下弯曲问题研究

本文提供了一种求解变截面悬臂梁在任意载荷作用下最大正应力及最大变形的方法。此种方法运用了以能量为基础的瑞利－李兹法求挠度，避免了一般材料力学中采用直接积分的方法所带来的困难。运用此方法对两例不同截面、不同载荷作用下的悬臂梁的最大正应力及最大变形求解，其过程较简洁。可以看出此法具有通用性，能方便地解决此类问题。     

三维机织复合材料拉伸损伤

采用三维实体有限元方法,结合周期性边界条件,研究了三维机织复合材料在经向拉伸和纬向拉伸载荷作用下损伤的起始、扩展直至最终破坏的全过程。分析中抛弃了以往损伤研究中采用的单元消失技术,对破坏的基体单元和纤维束单元均按方向进行刚度折减。制作三维机织拉伸试件并进行了相应的试验,计算结果和试验结果吻合良好,证明了该研究方法的正确性。     

浮球平台刚性的计算与实验研究

本文从浮球平台的结构特点出发,找到了适合于该复杂结构的三维有限元网格的分法,并编制了相应的单元及节点信息生成程序。使用ADINA程序计算了该结构的位移值,分析了其刚度,并与实验值作了比较,证明了本文方法的可靠性。     

楔形杆单元刚度矩阵计算特殊变载面构件配筋的探讨

本文利用楔形杆单元刚度矩阵，计算出特殊变截面构件每一点处的内力，然后根据控制内力进行截面配筋计算。该方法在计算内力时，考虑了截面变化的影响，因此，较其余方法具有较好的精度，更能反映实际受力情况。     

摩擦因数时变的节点外啮合齿轮系动力学分析

以外啮合节点后啮合单级齿轮传动系统为研究对象，建立了系统六自由度非线性动力学模型，考虑了时变啮合刚度、时变齿面摩擦、载荷在啮合区动态分配以及齿侧间隙的影响。采用能量法计算了时变啮合刚度。基于弹流润滑（Elasto hydrodynamic lubrication, EHL）理论计算了时变摩擦因数，与库伦摩擦模型进行了对比分析，得到了齿轮副非线性振动方程，同时采用数值方法求解了系统的动力学微分方程组，得到了系统的时域动态响应和相图，并分析了系统的动力学特性。     

冲压成形模拟中有限元方程组求解算法

提出采用选代法取代自主开发系统Quick-Form中的直接法,提高了计算效率.在"广义相邻节点"以及"节点的广义相邻关系"两个概念的基础上研究了整体刚度矩阵的生成原理以及其中非零子矩阵的分布规律.提出了一种适合迭代算法的改进一雏变带宽压缩存储方法,最大程度上节约了内存,而且避免了节点编号的优化难题.最后.通过数值计算实例验证了该算法在求解大型有限元模型时不仅具有较高的计算效率,而且能够节省大量存储空间.     

多外载联合作用下圆板的非线性弯曲

分析了多外载联合作用下圆板的轴对称非线性弯曲问题。分析从极坐标系下圆板弯曲的Ｖｏｎ－Ｋａｒｍａｎ方程出发，运用微分求积方法（ＤＱ法）导出了控制方程的ＤＱ形式；边缘径向位移和边缘力矩由两个统一的方程来表示，通过改变方程中的约束刚度和边缘载荷系数，实现了对任意边界条件的模拟；对最终得到的非线性方程组，用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ方法进行了迭代求解。文中给出了圆板受横向均布力、板心横向集中力、边缘均布径向力、边缘均布弯矩等四种载荷两两联合作用下的计算结果曲线，讨论了不同联合载荷对回板非线性弯曲的影响。与文献结果比较表明，该方法能满足各种边界条件，具有较高的求解精度。     

任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲行为的解析解

给出了一种求解任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲问题的解析方法。首先将加筋板简化为受弹簧约束的层合板,而后通过构造位移函数,并利用伽辽金法得到了加筋板压缩、剪切和压剪载荷下的屈曲/后屈曲解析解。求解中引入了无量纲参数,使得结果更具一般性;在后屈曲行为中考虑了初始缺陷和由耦合刚度引起的前屈曲挠度,使得结果更加准确。通过与有限元结果的比较,讨论了几何参数、弹簧刚度等对解的影响。最后将该方法应用于T形加筋对称铺层复合材料加筋板的屈曲/后屈曲分析中,考虑T形筋对复合材料层板粘结区的刚度增强作用,采用刚度平均化方法引入增强效果,并与两种T形筋刚度简化模型以及有限元结果进行了比较,验证刚度平均化方法对计算加筋板屈曲/后屈曲行为的有效性。     

含孔复合材料层合板轴向拉伸三维有限元渐进失效分析

基于渐进失效分析方法,建立了带孔的三维有限元模型.该模型能有效计算应力集中区和自由边界区的应力以及层间应力,为渐进失效分析提供了可靠的基础.本文采用了修正的三维Hashin准则作为单元失效的判断依据,使用交互式退化模型对失效单元进行材料性能退化;同时研究了材料常数υ23值和刚度缩减系数(SCR)对失效载荷预测结果的影响;实现了失效扩展过程的仿真分析;计算了不同层合板的最终失效载荷,计算值与试验值误差小于10%.     

复合材料机载天线罩有限元内力计算和屈曲稳定性分析

本文用有限元法计算了复合材料机载天线罩的内力,并对其进行了稳定性分析,得到了均布载荷作用下天线罩的内力和稳定性临界载荷及屈曲模态。文中选用轴对称截锥单元来离散天线罩,在应变向量阵中引入了横向剪切应变,从而考虑了剪切影响。为了避免剪切自锁,刚度的计算采用一点高斯积分法,几何刚度的推导采用Stricklin法。最终将稳定性问题归结为特征值问题。数值算例表明,对于复合材料旋转壳,横向剪切变形使其临界载荷降低;天线罩内力较大的区域集中在头部附近,失稳发生在根部附近,增加根部的厚度可改善天线罩的稳定性。     

大变形复合材料柔性梁刚度计算与试验验证

根据复合材料柔性梁的结构与变形特点，基于Halpin-Tsai等公式对材料模量进行修正，采用桨叶专用软件Blade computer aided desigh(BCAD)对柔性梁的刚度（ 除扭转刚度）进行计算，扭转刚度采用经验公式进行计算。结果表明该方法不仅能提高柔性梁剖面刚度计算的准确性，而且也为无轴承旋翼/尾桨的动力学、载荷计算的准确性提供了保证。