平面热应力问题的组合杂交有限元方法

利用组合变分原理可以增强杂交元方法解的稳定性,建立了平面热应力问题的基于区域分解的组合变分原理.与弹性力学问题相比,右端项改变;并且提出组合杂交元来离散新的变分原理、形成刚度矩阵;进而引入能量协调条件,不仅简化了变分原理及其相应的刚度矩阵,而且减少有限元解的误差.数值结果表明,能量协调的4节点组合杂交元数值性能最佳:实现粗网格高精度,对网格畸变不敏感且可以克服闭锁现象.     

固体火箭发动机喷管石墨喉衬的温度场和应力场研究

本文系统地说明了从边界条件,瞬态温度场和热应力场三个方面研究石墨喉衬热应力问题的方法。导出了横向同性材料轴对称瞬态温度场、热应力场的有限元公式。据此,对φ184和φ205喉衬进行了数值计算。分析讨论了获得的计算结果。     

组合杂交三角形单元的加权能量正交关系

组合变分原理可以增强杂交元方法解的稳定性。建立热传导方程基于区域分解的组合杂交有限元方法,给出单元上温度梯度插值为线性、但温度插值为协调线性插值与非协调二次插值之和的组合杂交三角形单元,并通过数值实验验证理论结果的正确性。结果表明:分片线性温度梯度插值的散度(热源)与非协调温度插值是加权能量正交的;组合杂交三角形元刚度矩阵等同于协调的三角形线性元刚度矩阵,即非协调部分无温度增强特性。     

涡轮导向叶片热冲击数值模拟研究

研究热冲击作用下涡轮导向叶片的热应力及振动模态,旨在从热-结构影响角度揭示静子叶片损伤机理,对其热疲劳寿命分析及抗热疲劳设计具有重要意义。基于瞬态热/流耦合理论,采用有限元/边界元方法,实现某型航空发动机涡轮导向叶片在热冲击作用下的温度场计算,在此基础上求解出叶片的热应力及振动模态。研究表明,采用瞬态流/热耦合可以有效预测叶片的温度分布,其结果与试验误差为6%;依据计算所得热应力及模态振型,可以推断出叶片出现热损伤的位置,且与实验结果吻合较好;根据数值模拟结果,固有频率随温度的升高而下降,前六阶频率平均下降24.7%。     

复合材料层合回转壳瞬态温度场和热应力场分析

 本文用有限元法研究了复合材料层合回转壳瞬态温度场和热应力场。考虑了各种温度边界条件。假定各铺层是横观各向同性的,但其铺设方向可以是任意的。对8节点等参元,提出了一种新的集中热容阵,有效地提高了瞬态温度场计算精度。根据本文提供的数值结果,讨论了层合壳的热传导规律,并通过比较瞬态热应力与稳态热应力的分布和大小,阐述了瞬态效应。     

带非线性支撑的转子有限元模型求解方法

用数值方法研究了非线性支撑的柔性转子系统的动学行为,提出了一种将有限元与非线性支撑结合的模型和求解方法。利用有限元法(FEM)构建转轴和转盘部分的模型,通过矩阵进行组合;利用离散元方法对包含滚动轴承和挤压油膜阻尼器(SFD)的支撑部分进行建模,此部分包含4个单元,分别为轴承内圈、外圈、SFD内圈和支撑鼠笼。有限元部分和离散元部分通过轴端节点相连,仿真过程中轴端位移传递给非线性支撑部分,支撑部分通过位移计算得到的非线性力反过来作用于有限元转子轴端部分。为了耦合求解有限元转子和非线性支撑组成的数学模型,提出了一种综合的迭代求解方法,克服传统的有限元求解方法对轴端隐性非线性支撑的求解局限性。由于转轴部分采用了Timoshenko梁单元建模,对比与简单转子模型,可以考虑陀螺力矩和轴的柔性特征,更能体现非线性支撑对振动真实影响。在建立的20个轴单元的有限元转子模型中,非线性响应更多体现在靠近非线性支撑的节点1和节点21处,响应频谱中靠近轴端的节点能体现出滚动轴承的2倍和3倍变柔振动频率。     

基于STL文件和有限元法的在轨航天器关键部件热计算

针对STL(stereo lithography)文件在传递复杂几何实体模型信息方面具有精度高的特点,提出了一种基于STL文件计算复杂结构角系数和外热流的方法.根据单元和节点的拓扑关系识别六面体网格边界单元并进行辐射换热计算.详细阐述了基于STL文件和有限元法进行复杂结构的角系数和外热流的计算方法.研究了导热-辐射耦合计算的有限元方法.最后利用有限元法计算航天器关键部件在轨的三维瞬态温度场.      

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.     

三维可压缩 Navier-Stokes 方程的间断Galerkin 有限元方法研究

拓展了二维间断 Galerkin(DG)有限元方法研究，将该数值方法用于三维可压缩欧拉方程和 Navier-Stokes方程的求解。基于六面体网格单元，采用插值方法将物面的四边形面网格单元构造为弯曲面网格单元，更好地表述了真实物面特征；物面边界相邻体网格单元相应构造为高阶体网格单元，其余体网格单元采用八节点六面体单元，以较小的计算代价使网格满足 DG 方法计算需求。通过对三维带 bump 管道内流、圆球绕流以及旋转流线体绕流进行的数值求解，验证了边界弯曲方法的可行性及 DG 方法的高精度特性。此外，由于采用了隐式计算方法，仅需较少的时间步就能迭代收敛。     

对流传热问题的分步杂交解法

本文给出了一种求解对流传热问题的分步杂交方法。征不规则的三角形网格上,利用改型特征线方法处理动量方程与能量方程中的对流算子,集中质量的有限元方法处理其中的扩散算子。利用人工压缩性方法和控制体积元的守恒格式求解连续方程(不可压的约束条件)。计算了方形空腔与方形冷腔内有一热柱的对流传热问题,给出了比较好的结果。     

计算斜齿轮弯曲应力的应力影响矩阵法

提出了计算齿轮弯曲应力分布过程的应力影响矩阵法。通过建立齿面柔度矩阵和齿根弯曲应力矩阵, 该方法只需经过一次有限元计算便可获得斜齿轮在整个啮合过程中轮齿弯曲应力三维分布的变化规律。通过对计算结果和斜齿轮弯曲应力测量结果进行比较, 证明本文提出的计算方法不仅具有较高的精度, 而且极大地节省了计算机内存和计算时间。      

求解弹性平面问题新的有限元应力法

本文提出一种用于求解弹性平面问题新的有限元应力法     

转子分区循环对称接触应力分析

 通过光弹实验表明了端齿连接转子受力的分区循环对称性。针对这~特性建立了各循环对称分区的循环对称接触有限元应力分析方法,并利用叠加原理将各循环对称分区间过渡区化为几个小规模的循环对称问题。     

基于非结构背景网格的动网格方法研究

借鉴弹簧动网格方法和Delaunay背景图方法,提出一种基于非结构背景网格的动网格生成方法。先用少量的物面控制点生成相对较粗的非结构背景网格,再用弹簧法将动边界的变化量作用到该背景网格,然后利用计算网格与背景网格的映射关系插值生成对应的动网格,最后对物面网格点及其附近受影响的密网格点进行局部网格修正,获得最终计算所需的动网格。所提方法与直接弹簧法比较,由于弹簧法作用的背景网格远粗于实际的计算网格,提高了计算效率,此外,由于网格的运动受控于受弹簧法作用的背景网格,边界变形或运动能较为均匀地传递到内部网格上,使网格单元过渡光滑,提高了动网格的质量。给出若干算例,展示了方法的效率和可行性。     

含不等长双裂纹无限大板应力强度因子

采用交替法求解了含任意相对位置不等长双裂纹的无限大极受均布拉应力作用的应力强度因子。此法以平面弹性力学的一个问题为基础,即含单裂纹无限大板,裂纹面受集中载荷,此问题的解已知,然后交替地满足边界条件。各种计算结果已绘成曲线。     

X射线法测试钛合金结构件残余应力的适用性研究

利用四点弯曲机加载的钛合金板材试样及高应力钛合金标样模拟结构件表面测试状态,研究X射线法测试复杂钛合金构件表面残余应力的适用性。结果表明:表面曲率及β角扫描范围对测试结果影响不显著;径向测试面倾角大于20°时测试重复性急剧变差,超过30°时结果不可使用,轴向测试面测试结果随倾角增大而减小,30°时减小超过20%。     

含裂纹半无限大板受集中力作用的应力强度因子

本文釆用交替法求解了含边缘裂纹或内部裂纹或半无限长裂纹的半无限大板在板面内受集中力作用的应力强度因子。此法以平面弹性力学的两个问题为基础,而此两问题的解是已知的。第一个是裂纹表面受任意载荷的无限大板,第二个是半平面在边界上受任意载荷作用。然后交替地满足边界条件。计算结果已绘成曲线。     

三维裂纹应力强度因子的有限元计算分析

在大型有限元工程软件ANSYS中,对于裂纹应力强度因子的二维计算已经有了比较完善的方法[1]. 但在对三维裂纹的应力强度因子求解问题上目前所采用的方法主要是靠人工手动地生成节点,然后再生成单元和结构.这种方法工作量大,不利于结构程序化,特别是对复杂结构更为难以实现.本文利用三维实体建立计算模型,对模型进行独特的局部网格划分,以孔边角裂纹为例阐述了在ANSYS中, 三维裂纹应力强度因子计算分析的简捷方法.并将计算结果和现有理论结果进行对比分析,其计算精确程度完全满足工程要求[2].