有限元结构分析并行计算的若干研究进展

有限元结构分析并行处理在大规模科学与工程计算中占有重要地位，本文简要介绍作者在这一领域内的研究工作及其成果。涉及单元刚度矩阵的并行计算、有限元方程组的并行直接解法、有限元方程组的并行迭代解法、结构动力分析并行直接积分法、广义特征值问题的并行算法以及EBE（Element-By-Element）技术在有限元结构分析并行处理中的应用等研究领域。特别提出了“伪单元向量”与“单元分组技术”等概念与新方法；首先考虑了矩阵向量积的多自由度问题；系统、深入而又全面地研究了EBE策略在结构分析并行处理中的应用，填补了国内空白并突破了国际现有成果。     

用有限元素法计算和多点激振法试验确定某型机翼的动力特性参数

本文采用直接刚度法得到刚度矩阵,用聚缩质量模型得到质量矩阵。应用基于矩阵分解的矩阵迭代法,求解了某型机翼前六阶固有频率、固有振型和广义质量等动力特性参数。对同一机翼采用多点激振法进行了模态试验,测得了前十二阶固有频率、固有振型和几阶广义质量。文中对计算和试验结果进行了比较和分析。     

直升机旋翼/机身耦合系统气动/机械稳定性分析新方法(英文)

研究了前飞状态下直升机旋翼 /机身耦合系统的气动 /机械稳定性问题。根据柔性多体系统动力学理论 ,通过构造一种 2 4自由度的刚柔混合单元得到旋翼 /机身耦合系统的周期时变运动方程 ,建模中考虑了桨叶预锥、后掠、中等弹性变形以及直升机机身和传动轴的弹性影响 ,体现出铰接式桨叶绕挥舞、摆振和变距铰的整体刚性运动与桨叶中等弹性变形之间的动力学耦合作用 ,推导中对桨叶挥舞、摆振和变距转角幅值未加任何限制。根据 Floquet理论对稳态周期解的稳定性进行研究 ,采用 Newmark直接数值积分方法得到转移矩阵。对某新型直升机的气动 /机械稳定性进行了分析 ,结果发现对于给定的前飞状态是稳定的 ,但是随着传动轴弯曲和扭转刚度的降低出现不稳定现象。     

结构破坏概率预示技术

在宇航工程中，预示结构的破坏概率、计算结构的可靠性是型号设计中的重要任务。传统的结构设计和强度计算方法都是针对确定性结构和载荷环境参数的，无法直接考虑材料性能、结构几何参数的分散性，本文将随机摄动技术、传递函数理论和有限元程序结合在一起，提出了一种预示结构破坏概率、计算结构可靠度的途径。简单的实全表明，这种途径是走得通的。     

轴向受载的Timoshenko薄壁梁固有振动和稳定性的理论分析

通过直接求解轴向受载的单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动微分方程，推导了其动态传递矩阵，讨论了轴向力对弯扭耦合Timoshenko薄壁梁的固有频率的影响，并得到了零频率振动（弹性屈曲）发生时相应的轴向载荷，娄值结果表明，本文的方法在其适用范围内是精确有效的。     

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。     

多点随机振动控制中的互谱矩阵研究

多振动台随机振动实验中必须设置完整的参考谱矩阵。针对控制点之间互谱和自谱的关系，本文提出了将参考谱矩阵的正定性作为其能否物理可实现的判定条件，并为具有控制点之间完全相干要求的谱矩阵建立了类似Cholesky分解的方法。利用优化逆系统求解驱动信号，避开了传统控制方法中直接对频响函数矩阵求逆的过程。仿真算例表明对控制点之间互谱的控制效果令人满意。     

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     

复杂结构全频段声振综合响应分析

航天飞行器在飞行过程中受到严酷的声振综合力学环境,既有发动机的脉动推力,又有飞行过程中的气动力作用,可通过声振综合试验提高地面试验考核的真实性。而声振综合环境下的结构响应预示可为试验方案制定、条件制定以及结构设计等提供技术支撑。本文针对复杂卫星结构,开展了全频段声振综合响应预示技术应用研究,重点研究了随机振动施加方法、噪声载荷施加方法、结构建模方法等,在此基础上预示了卫星模型在声振综合环境下的结构响应,将仿真结果和声振综合试验结果对比发现,仿真结果和试验结果吻合,RMS值误差在3d B以内。     

挠性膜片联轴器优化设计

本文改进了Ｐｏｗｅｌｌ的直接优化方法，提出了有效的约束函数法，并用此法研究了膜片联轴器在强度刚度振动条件下，以重量轻，刚度最小为目标的优化设计计算，基于膜片的强度，刚度是在有限元分析基础上的，必须要很好地解决有限元前置处理（自动分单元、分载荷）和后置处理（绘等值线）。开发了一套比较完善的膜片外形优化设计软件系统，简称ＯＤＦＣ系统。     

能量有限元方法研究进展及其非平面波情况下的改进

能量有限元方法（EFEA）是一种改进的能量类方法,主要用于求解结构中高频的振动响应,可以解决传统能量类方法（如统计能量分析）无法兼顾结构局部质量、刚度、阻尼以及载荷等参数的空间分布,无法得到结构局部响应的问题。相对于有限元方法（FEA）,EFEA在中高频响应预示上一般具有更好的计算性能。考虑到EFEA在中高频以及声振耦合分析方面具有的潜在应用价值,本文从EFEA的基本假设、结果可靠性以及改进方法等方面系统介绍了EFEA方法及其研究进展,使用四边简支单板和耦合板对点载荷作用下的单板进行了参数研究,与FEA的结果对比表明,对于受到单点激励的板,通过直接场和混响场能量叠加的方法可以改善EFEA的结果。     

不规则结构有限元分析的并行处理及其在YH-1上的实现

在结构分析中,有限元方法是一个重要的数值方法。近些年来,关于单元刚度矩阵计算与总刚度矩阵合成的并行处理问题,A.K.Noor,梁维泰等人已进行了富有成效的工作,但他们的工作都是面向几何形状规则的结构分析问题。本文结合YH—1机的特点,对不规则结构分析问题,在提出单元分组技术的基础上,给出了一个单元刚度矩阵计算的并行算法ESVC,和变带宽存储格式下一个总刚度矩阵合成的并行算法ESVS。通过在YH—1并行机上对实例的计算结果表明:当同时计算的单元数r取120时,加速比s可达9.5,且r愈大,s就愈高。     

白噪声参激余维2分岔系统奇点分析及最大Lyapunov指数

在随机动力系统中,最大Lyapunov指数是定义随机分岔系统概率1意义分岔的重要指标.为了分析白噪声参数激励对三维中心流形上一类余维2分岔系统的影响,本文基于一维扩散过程的奇点理论,通过L Arnold的摄动方法,针对不同的噪声作用项系数矩阵讨论了相应的奇异边界分类情况和最大Lyapunov指数渐近分析式.     

防空武器系统作战布局优化

在评估防御体系的作战效能时,目标突防概率是人们关心的主要的性能指标.本文利用随机服务系统理论的状态分析和统计平衡分析,获得计算目标沿任意航迹突防概率的随机模型.模拟退火算法是基于Monte Carlo迭化求解法的一种启发式随机搜索法,该算法能通过模拟退火过程快速找到全局的最优解.结合计算目标突防概率随机模型与模拟退火算法,建立了定量解决武器系统作战布局优化问题的方法.算例的计算结果表明,这种方法很快找到火力单元理想的布局位置.这种定量的组网和布局方法比以往基于原则的手工布局更科学、更快速.     

取代液体对运载火箭试验动特性的影响

本文首先论述了目前解决液固耦合振动的几种主要的数值方法,分析了各种方法的优点与不足。其中建立液体单元,从而构造比较协调的液固组合单元的方法,是解决液固耦合效应十分有效可取的方法。文中详细推导了三维等参液体单元的特性矩阵公式及其有限元静、动力平衡方程。利用三维等参液体元和固体壳元的组合有限元模型对某箭第三级共底双贮箱进行了有限元分析计算,求得了真实液体燃料和试验取代液体对频率、振型及振型斜率的影响。最后得出结论:完全可以用取代液体代替真实液体燃料进行动特性试验,得到的振型和斜率是可信的。     

离散广义Markov跳变系统的镇定性

针对转移概率部分未知情况下的离散时间广义Markov跳变系统,研究了系统的稳定性和镇定性。转移概率部分未知的情况包含了转移概率完全已知和完全未知两种特殊情况,具有更广泛的实际意义。首先利用线性矩阵不等式方法,将离散Markov跳变系统的结论推广到离散广义Markov跳变系统,提出了使开环系统随机稳定的充分条件;在此基础上,进一步提出了闭环系统可镇定的判据,并表示为线性矩阵不等式形式;最后,通过仿真算例验证了所提方法的有效性。     

旋翼桨叶动力分析及内力计算中有限元法的改进

提高用有限无法进行桨叶动力分析、特别是内力计算的精度是本文工作的主要目的。本文建立了变剖面旋转梁协调单元族,给出了位移函数为三次、五次、七次幂多项式时变剖面旋转梁协调元的几何刚度矩阵显表达式。文中还提出了直接用节点位移计算内力的“动刚度法”。作为例子,用所给出的有限元和方法计算了桨叶弯曲振动固有频率、振型及模态弯矩。计算结果表明,工作可以达到预期的目的。     

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。     

模糊集与故障树复合分析法研究及其在飞行器模拟训练系 …

在传统的故障树分析中，类似人为错误的模糊、不精确事件不能得到有效地处理。为了克服这一不足，本文运用模糊集评价和概率估计提出了一种故障复合分析方法来评价非常事件。将此方法运用到飞行器模拟训练系统中可有效地对该系统进行故障分析。     

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。