接触问题数值分析方法的研究现状与发展

接触问题涉及到应力集中、边界非线性、甚至材料或几何非线性，问题很复杂但又十分重要。随着电子计算机的发展，有限元与边界元理论与数值方法也取得了很大进展。目前，这两种方法已成为工程接触问题十分有效的研究和数值分析手段。本文综述了接触问题中的有限元法与边界元法及其工程应用方面所取得的进展，着重围绕小变形弹性接触、小变形弹塑性接触以及大变形接触等方面的内容。此外，文中还对今后研究的发展方向作了展望。二十多年来，在小变形弹性接触问题中的有限元法和边界元法发展的比较成熟，并在工程中获得广泛应用；小变形弹塑性接触问题中的有限元法发展的也比较成熟。然而，它们在如下方面还必须开展进一步的研究，例如，不同材料非线性模式的接触、不同蠕变模式的接触、大变形弹塑性接触、基于实验力学的反迭代分析、以及复杂的工程构件的接触分析等。     

多随机变量的桁架结构系统的可靠性分析及优化设计

针对桁架结构系统，采用随机有限元法（SFEM）计算结构系统的响应量，考虑内力重新分配，建立失效模式的安全余量方程，用验算点法计算失效模式安全余量的可靠性指标，用改进的分枝限界法，寻找主要失效模式，通过对主要失效模式方程线性化研究，计算失效模式安全余量之间的相关系数，寻找主要失效模式，通过对主要失效模式方程线性化研究，计算失效模式安全余量之间的相关系数，最后用PNET法计算出结构系统的失效概率，同时给出多随机变量的结构系统可靠度的敏度表达式，采用最佳矢量法，求解了大型桁架结构系统基于可靠性指标约束下的最小重量的优化设计问题，最后，给出了实际算例，计算结果表明；采用随机有限元法能更好地考虑结构系统的多个随机变量对系统可靠性产生的影响；所采用的可靠性分析方法和优化方法是有效的。     

固体推进剂药柱的近似不可压缩粘弹性随机有限元

采用Monte-Carlo粘弹性随机有限元法,分析了药柱的结构可靠度。针对固体火箭发动机药柱材料近似不可压缩的问题,基于Herrmann粘弹性有限元以提高计算的精度,考虑泊松比和松弛模量的随机性,采用拉丁超立方(LHS)技术计算了固体火箭发动机药柱结构的可靠度。算例表明该方法的有效性。     

二维几何非线性问题的线有限元解法

提出了在线有限元方法中考虑几何非线性二维问题的理论公式和计算步骤，并以完全的拉格朗日表述为基础，首次导出了用线有限元方法进行结构分析中大变形问题载荷增量法的基本公式，对计算过程中的重要方面：包括对非线性微分方程线性化的方法，分步迭代的步骤等进行了详细讨论，以这些公式为基础，编制了相应的计算程序，并给出了算例，结果是令人满意的。     

钢球碰撞柔性杆动力分析的有效数值方法(英文)

柔性物体的碰撞动力学是工程实际中的一个重要问题。获得问题的动力响应是一个有挑战性的任务,通常通过数值计算来完成。首次采用离散奇异卷积法分析碰撞动力学问题,并通过钢球碰撞柔性杆的算例来研究几种数值方法的有效性。数值方法包括常规的有限元法、离散奇异卷积法、谱有限元法和提出的改进谱有限元法,将各种方法获得的算例的数值结果与理论解比较来研究方法的有效性。研究结果表明,采用恰当的常规有限元长度后,提出的改进谱有限元法给出的接触应力的结果最精确。另外还发现,离散奇异卷积法可以用于求解碰撞问题。     

结构系统可靠性理论与模拟算法

本文系统阐述了非线性结构系统可靠性理论的主体框架和模拟算法，重点分析了全局分枝－约界法、快速概率积分法、响应面法、随机有限元法和Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ模拟法的主要优缺点及其对强非线性问题和存在失效演化历程的复杂结构系统可靠性分析和评估问题的适应能力。在此基础上，本文对当前研究工作中存在的一些共同性问题进行了剖析，对将智能化方法引入非线性结构系统可靠性工程领域的方式和可行性进行了探讨。     

等离子弧穿孔熔池的数值模拟

根据流体力学理论和传热学机理，采用有限元法建立了运动等离子弧作用下穿孔焊接熔池流场、温度场的三维瞬态数值分析模型，根据计算出的温度场，模拟并图形显示了熔池形状和穿孔熔池的形成过程。计算表明，所建立的数值分析模型可用于等离子弧穿孔焊接熔池流场和温度场的有限元计算、熔池形状和穿孔熔池形成过程的模拟，为等离子弧穿孔焊接在工程实际中的应用提供理论依据。     

基于有限元法的响应谱计算

在工程各个领域中广泛地存在着随机振动现象.计算在随机激励作用下结构的响应谱是结构强度和环境分析的重要任务之一.本文基于微机通用有限元程序,采用频率响应法,建立了一个可用于计算多输入多输出响应谱的分析系统。算例表明,效果是很令人满意的.     

结构动力可靠性探讨

结构可靠度是结构设计的重要指标之一。在工程设计中,作用在结构上的载荷往往是一个随机过程,例如,作用在高耸结构上的阵风,作用在建筑物上的地震载荷以及作用在火箭弹体上的脉动载荷等等。本文采用结构有限元分析方法,基于首次超越破坏模型和累积疲劳损伤破坏模型,介绍了一个计算在随机载荷和随机运动约束下的结构动力点可靠度的计算系统。     

面向对象有限元程序的设计及工程应用

在综述面向对象有限元软件研究现状的基础上，主要介绍了作者用ROSE软件工具、采用UML建模语言和C^＋＋语言所编制的面向对象有限元程序（Object-oriented finite element program，OOFEP），对产生的类作了必要的说明，对OOFEP软件框架的建立、程序C^＋＋代码的产生过程作了阐述，最后OOFEP程序进行某型号发动机某级压气机盘的应力应变分析。尽管目前的OOFEP程序的功能有限，但包含在OOFEP之中的面向对象的机制使得它比较容易扩充所需功能而日趋完善。研究工作表明：面向对象方法很适合于进行有限元程序的框架设计和代码编制，所编制的OOFEP程序可以对工程问题进行初步的应力分析计算。     

辊弯成形仿真分析与参数优化(英文)

辊弯成形工艺是一种在常温下将平板金属材料通过连续转动的成形辊成形为所需截面的加工方法.本文通过有限元模型建立了一套避免重大产品质量缺陷的设计方法.通过对真实产品的仿真,在设计中考虑了两个辊弯成形主要缺陷,即边波和回弹.设计结果表明,该设计方法能够有效地控制这两大质量问题.     

鸟撞飞机风档非线性数值分析

采用非线性有限元法,基于ABAQUS/Explicit软件平台及内嵌的材料用户定义子程序(VUMAT),建立了鸟撞飞机风挡的力学分析模型.比较了有限元模型中玻璃骨架、弧框和橡胶垫片对风挡动响应分析结果的影响,并与全尺寸风挡鸟撞试验数据进行了对比.对比结果表明,考虑了玻璃骨架、弧框和橡胶垫片的有限元模型所计算得到的位移、应变曲线与试验实测曲线的一致性有了改善.最后,探讨了玻璃骨架、橡胶垫片的厚度和弹性模量对风挡抗鸟撞能力的影响规律,为风挡的抗鸟撞设计及改型提供参考.     

励磁变换器控制的定子双绕组感应发电机优化设计

针对新型励磁变换器控制的定子双绕组感应发电机控制绕组励磁变换器容量的最小化问题，总结了带整流型负载的感应发电机的设计特点，给出了其变速运行时功率绕组励磁电容的优化方法，讨论了带整流型负载发电机计算容量的确定原则。本文还提出了将改进实数编码的遗传算法与二维有限元电磁场分析相结合的方法应用于变速运行的双绕组感应发电机的优化设计中，以实现全局优化，提高优化效率。样机优化结果表明，在转速变比为1：3时，该方法能使励磁变换器的容量减小到额定输出功率的1／3左右，从而减小了变换器的体积和重量。     

纤维增强复合材料宏细观传热分析

利用有限元单胞方法,通过对复合材料结构进行多尺度建模,分析了复合材料的传热性能,讨论了不同因素对于复合材料热传导性能的影响。首先采用有限元单胞法获得单层板的热物理性能,再根据具体铺层次序获得多层板的热物理性能,最后针对一种实际使用的航天复合材料支架结构进行了防热和承载能力的计算和试验。结果表明,复合材料单层板的热传导性能呈各向异性,沿纤维方向的热导系数与纤维体积比呈线性关系,垂直纤维方向的热导系数与体积比呈非线性关系,计算结果与试验结果吻合较好,文中采用的方法可用于复合材料结构的导热计算。     

自适应有限元的应用和发展

自适应有限元（ＡｄａｐｔｉｖｅＦＥＭ）是一种通用后验误差估计,不断进行网络优化提高计算机精度的数值方法,它是有限元法（ＦＥＭ）的新发展,具有高效率,高可靠性的特点,在现代工程得到了广泛应用,本文分析了自适应有限元的关键技术,总结了其在在国内外的应用情况,并展望了其发展前景。     

平板弯曲问题的误差估计和网格自适应研究

本文对承受横向载荷的复合板设计了一个自动的误差估计和网络加密过程，并通过实际算例验证了此过程的有效性，结果证明所设计的过程能达到较高的计算精度。     

差温加热的三维温度场有限元分析

介绍了差温无模锻造的概念和基本原理以及要在金属坯料土产生大的差温所采取的方案。运用ANSYS软件对圆柱体坯料局部加热和局部冷却过程进行了热分析。热分析中考虑了坯料的初始温度、外加热源和冷却源的热流密度以及坯料和空气的对流传热。用正交试验的方法确定了获得最佳温度场的主要相关参数的取值，为以后进行差温无模锻造过程的应力、应变场分析奠定基础。     

面向网络机群系统的结构有限元并行分析

提出了基于网络机群的有限元并行分析方法,结合网络机群体系的特点,分析了这一方法所应具有的基本特点:分布式并行建模;子区域间计算任务弱相关;节点负载平衡。在自建的网络并行平台上,实现了无重叠区域分解直接算法的并行处理,并进行了算例验证。     

微尺度聚合物熔体的非等温平板收缩流动数值仿真

聚合物流体的收缩流动行为是微注射成型工艺过程中影响分子取向与结构的重要因素。本文采用基于有限元求解法的通用CFD软件Fidap，结合适当的边界条件，实现了微尺度条件下聚合物熔体的4：1非等温平板收缩流动的数值模拟，所用流体粘度模型为Carrcau方程，有限元单元为4节点四边形网格。结果表明，流体下游速度明显高于上游速度，速度梯度在收缩人口处明显增大，下游压力梯度大于上游压力梯度，且最大剪切速率出现在收缩人口拐点处。将仿真结果同相关文献的结果相比较发现，仿真所得聚合物流体在收缩流动过程的速度、压力及剪切速率分布规律与其在宏观尺度下的结果具有定性一致性，而温度分布则存在一定偏差。因此，宏观收缩流动仿真研究中的控制方程及本构方程仍适用于微尺度条件下流体的等温收缩流动仿真研究，对非等温微流体收缩流动行为的研究则要对能量方程做进一步修正。     

复合材料蜂窝夹层结构的总体稳定性研究

采用两种有限元模型和工程方法分别对复合材料蜂窝夹层结构在压缩、剪切载荷作用下的总体稳定性进行了计算,根据各计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:对于承受压缩载荷的结构,采用工程计算法能够较好的预估结构的屈曲临界载荷,而对于承受剪切载荷的结构,采用三维有限元法能较好的计算结构的屈曲载荷。