一种新的含转角自由度的四节点杂交元

基于组合杂交变分原理,使用含转角自由度的位移插值和CH(0-1)元应力模式,得到CHD(0-1)单元.它既满足杂交方法所要求的inf-sup条件,又有较高的位移、应力精度;和普通的八节点二次单元相比计算花费少;对单元几何形状不敏感;能很好地模拟弯曲变形.数值试验结果支持了本文结论.     

磁电弹性材料杂交应力有限元的应力模式

首先推导了磁电弹性材料的杂交应力有限元列式,然后在假设单元边界位移场的基础上,根据等函数法进一步推导了磁电弹性材料的3D-8节点和3D-20节点杂交应力有限元的广义假设应力矩阵。为磁电弹性材料杂交应力有限元模型的构建提供了理论基础。最后以3D-8节点杂交应力有限单元为例,对磁电弹性材料层合板进行了有限元分析,数据显示所得结果具有较高的计算精度。     

引入旋转自由度的杂交混合单元

文中指出了一个杂交混合型含角点旋转的四边形单元。相容部分位移场以八结点Ｓｅｒｅｎｄｉｐｉｔｙ单元经一个坐标变换导出，不相容部分位移场和相应的内应力场被详尽讨论。特征值检验和路径实验说明新单元的有效，精选解例证明了新单元的杰出性能。     

一种考虑截面任意变形模式梁的有限元模型

提出了一种考虑截面完整变形的截面插值梁模型,并用于机翼结构的建模与分析。首先引入截面插值函数——拉格朗日函数描述截面形状,以位移向量为未知变量描述截面位移,在此基础上依据插值理论构造梁单元位移场。不同于传统梁单元通过假定的中性轴的挠度和转角来确定梁截面各点位移,该梁模型摒弃了中性轴假设与平截面假设,通过截面插值函数得到梁截面面内、面外变形;然后通过有限元理论推导了梁单元刚度矩阵与质量矩阵;最后利用截面插值梁单元对机翼各部件进行有限元建模,并展开典型工况下的静力学分析以及动力学分析,与Nastran实体单元计算结果进行了对比分析,验证了该梁模型的有效性,为机翼的结构设计和强度分析提供了一种新的简化建模方法。     

球对称热应力问题的有限元误差分析

本文设计了一个求解球对称热应力的模型问题。从结点位移的解析解出发,利用有限元的位移线性插值函数,按照结点平均、单元平均或在单元重心取值等方法,计算应力和应变,然后与对应的解析解比较。结果表明,除按结点平均取值法算得的周向应变在理论上无误差外,其余量在内点具有二阶精度,在边界上为一阶精度;并表明了它们与温度梯度指数n的关系,应变的相对误差正比于n~2/31,应力的相对误差正比于n~3/31。因此,即使结点位移无误差,此时仍应以n~3Δr~2/31的误差阶作为单元划分的参考准则。     

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     

孔冷挤压有限元仿真中的铰削分界面位置确定方法

开展孔冷挤压过程有限元仿真计算是残余应力分布获取和疲劳寿命预测的前提。在有限元建模阶段,设置铰削层单元与基体材料单元之间的分界面,是模拟铰制终孔工艺过程的关键。通过弹塑性力学分析,建立了挤压强化过程芯棒、衬套和被挤压强化连接孔的应力分析方法;基于分析中得到的不同位置处微单元的径向位移量,建立了铰削分界面相对位置计算模型。并开展了关键参数的敏感性分析,定量研究了关键参数变化对残余应力分布和径向位移量的影响程度。本工作为孔冷挤压强化有限元模型建立中,铰削层单元与基体材料单元分界面相对位置确定,提供了便捷可靠的方法。     

基于广义哈密尔顿原理Pflüger柱与简支板的有限元模型

本文首先对Pfluger柱以简单的方式与工程上习惯的形式列出它的广义哈密尔顿变分泛函,遂使这一非保守问题广义保守化。据此变分原理进行了有限元离散尝试性试验、讨论了这种有限元离散的特点、以显式提供了一种单元模型全部对称的矩阵。在证实Pfluger柱以发散型失稳之后,指出采用通常的瑞利商迭代技术便可简单地获得临界载荷。算例印证了理论也显示了数值上的效力。对于类似的简支矩形板,文中指出可利用Pfluger柱的单元矩阵简单地获得板有限条模型的有关矩阵。     

浮环密封结构弹性对间隙泄漏量和动力学系数的影响

为了研究高压条件下浮环密封结构弹性变形对间隙流体激励产生的影响,基于bulk flow模型、有限单元法和位移-位移耦合模式,建立密封间隙流体激励和浮环结构耦合模型。通过与文献和商业软件对比,验证耦合模型的正确性和计算方法的准确性。研究结果表明高压条件下浮环结构弹性导致密封间隙明显缩小,对心条件下,入口处弹性变形达到21.43%,泄漏量减小19.2%。同时,主刚度降低,交叉刚度相对增加,锁死偏心率越大,结构弹性的影响越明显,导致转子临界转速降低和振动响应增大。     

基于高阶逆风通量差分裂格式的直升机旋翼前飞流场模拟

描述了三维雷诺平均NS方程数值模拟前飞状态旋翼非定常流场的方法和模型.在该模型中,将三阶逆风格式(MUSCL)与通量差分裂方法相结合,无需添加人工粘性,因而可有效地减少Jameson二阶中心差分有限体积法导致的旋翼尾迹数值耗散.为充分考虑旋翼尾迹对流场的影响和计入桨叶的旋转、挥舞、变距运动,发展了一种运动嵌套网格.针对嵌套网格中关键的贡献单元搜寻问题,提出了一种新的"伪贡献单元搜寻法".应用上述方法,对Caradonna模型旋翼在周期变距和挥舞运动条件下的前飞流场进行了计算,与采用Jameson二阶中心差分方法相比,计算结果更贴近实验值.并针对几种不同桨尖形状的旋翼前飞流场进行计算,表明后掠桨尖可有效减弱超临界流动.     

复合材料层合板弯曲振动高阶理论及有限元模型

本文提出了一种新的复合材料层合板高阶弯曲位移模式,此位移模式既考虑横向剪切的影响,又考虑了法向正应力的分布,进而建立的相当于三维弹性理论解的二维有限元模型,具有精度高、计算量并不大的优点。     

复合材料叠层结构边缘应力分析的翘曲修正模型

研究复合材料叠层结构在单轴拉伸状态下的边缘应力问题。在厚度方向 ,利用翘曲修正理论 ,推导出了叠层板三个方向的位移分布规律 ;在宽度方向 ,采用升阶谱位移模式 ;应用虚功原理 ,给出了叠层板边缘应力分析的特殊有限元模型。通过典型例题的计算表明 :边缘应力计算结果与精确弹性解符合很好 ,还进行了收敛性的研究。本文方法的自由度度少 ,方法简单 ,优于差分法、常规有限元法 ,适用于解决边缘效应问题     

最少自由度板弯有限元

 本文用混合刚度有限元方法构造了解薄板弯曲问题的6自由度三角形和8自由度四边形混合刚度板元。数值算例表明性能良好。     

穿孔板切向流效应的理论和实验研究

 建立了一种有关切向流对小孔声阻抗影响的小扰动势流模型,其要点是使用法向质点速度连续而非广为采用的质点位移连续边界条件来匹配小孔剪切层两侧的声场,并在小孔前缘施加Kutta条件以反映切向流效应的机理———锐缘处的声涡转化。模型中还包含了实际应用中经常遇到的小孔形状和穿孔板厚度两个重要因素。理论预测的声阻和声抗与实验结果良好吻合。     

Vibrational behavior of isotropic plate structures in contact with a bounded fluid via unified formulation

This paper presents an analytical solution for free vibration analysis of thick rectangular isotropic plates coupled with a bounded fluid for various boundary conditions. In order to consider displacement theories of an arbitrary order, the Carrera Unified Formulation(CUF) is used. The eigenvalue problem is obtained by using the energy functional, considering plate and fluid kinetic energies as well as the potential energy of the plate. The Ritz method is used to evaluate the displacement variables, and the functions used in the Ritz series can be adjusted to consider any of the classical boundary conditions. The convergence of the solution is analyzed, and a validation of results considering open literature and 3D finite element software is performed. Parametric studies are carried out to obtain natural frequencies as a function of the side-to-thickness ratio, plate aspect ratio, fluid domain size, plate boundary conditions, and fluid-solid density ratio. Pressure and velocity in the fluid domain are evaluated in order to establish the consistency of the solution.Accurate results for thick plates are obtained with a much lower computational cost compared to that of 3D finite element solutions.     

基于等效板模型的弹翼颤振分析

 基于等效板模型发展了一种适用于导弹翼面的动力学和颤振分析方法。在等效板建模过程中,使用简单多项式定义翼面的几何、结构和位移,利用人工弹簧近似边界条件,通过全局Ritz法得到刚度和质量矩阵的解析表达形式,通过特征值问题的求解得到翼面的固有频率和振型。通过频率和模态的初步比较发现,利用该方法得到的弹翼动力学特性与通过有限元方法得到的结果一致。然后利用这两组模态进行弹翼的颤振分析,通过对比发现,两种方法的颤振分析结果吻合,这也进一步验证了等效板方法在弹翼动力学分析方面的准确性。等效板方法为弹翼初步设计阶段的快速建模提供了一种有效工具。     

关于厚薄板弯曲分析的内位移杂交元法

 本文通过引入单元内位移和优化处理的单元应力场,以计入剪切变形的板弯曲能量泛函为基础,导出适用于厚、薄板分析的四边形杂交应力元。内力场和内位移的合理选择避免了单元零能模式的出现、避免了解的剪切自锁现象。该优化单元显示了较好的通用性和收敛性。对关于剪切自锁的RCI判据提出了反例、说明了它的局限性。     

一种含分层复合材料层合板高阶理论及有限元模型

本文提出了一种新的复合材料县合板高阶弯曲位移模式。此模式考虑了横向剪切的影响,得到一种新的厚板有限元模型。对于含有分层的单元,通过改变其单元内横向剪切应力的分布,达到改变单元刚度的目的。因此,此模型适用于任何厚度的或含有分层的复合材料层合板。     

计及边界层汇流效应的多段翼型失速特性计算

 本文给出计及边界层汇流效应的多段翼型失速特性的解法。用高阶奇点分布面元法（Panel Method）求位流解,然后进行各翼段粘性尾迹形状迭代,并解出正常边界层和汇流边界层特性。当翼段上有后缘分离时,还要确定分离尾迹的形状,用位移厚度当量源（汇）模拟粘性效应。进行粘/位流迭代直至收敛。上述方法在超过多段翼型失速迎角时仍然有效。计算结果与实验数据比较,符合良好。     

夹层结构前机身有限元分析与优化设计

选用二次等参夹层板壳单元进行结构分析,单元面板厚度及芯层高度作为优化设计变量。对复合材料面板,则每~铺层层数作为设计变量。对复合材料夹层结构前机身模拟试验件进行了有限元分析,在位移和尺寸约束下,对复合材料夹层结构前机身进行了优化设计,并获得满意结果。