用连续质量有限元素法求解动力系统的固有特性

本文简略地回顾了假定位移函数的有限元素法求解动力系统固有特性存在的问题,提出了连续质量有限元素法,并将其推广到适用于链式结构的传递矩阵法。具体推导了均匀的和线性变截面的一维元素(包括杆、轴和梁元素)的动刚度矩阵和传递矩阵。最后用其对各种梁的固有特性作了一些对比算例。     

具有轴向力的连续质量梁元素

本文运用连续质量有限元素法研究了具有轴向力的梁元素。推导了均匀轴力作用下均匀梁元素的动刚度矩降和传递矩降。对受轴力作用的简支-简支梁的固有频率作了计算,得到与解析解完全一致的结果。并将所得的结果应用于离心力场中的铰支-自由梁的固有特性的计算。     

桨叶全耦合振动的动力特性分析

本文应用有限元素法推导梁元素的弹性刚度矩阵、几何刚度矩阵、振动惯性矩阵和离心惯性矩阵,建立桨叶挥舞弯曲、弦向弯曲和扭转全耦合振动方程。采用子空间迭代法求它的特征解。Y—2直升机的玻璃钢桨叶进行动力特性分析。结果表明,桨叶全耦合振动的固有频率与不考虑耦合振动的固有频率相差很小,但固有模态应考虑耦合分量。     

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。     

两对边简支变厚度矩形板的动刚度有限元解

本文用动刚度有限元素法精确推导了两对边简支矩形板元素的功刚度矩阵和传递矩阵,为计算中间有弹性线支的两对边简支变厚度矩形板的动态特性提供了一个新的高精度解法。     

导弹复合材料立尾的动力特性分析

对Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分原理进行了详尽论述。依据该变分原理推导了基于折线假设的复合材料层板元素的刚度矩阵，复合材料面板蜂窝夹芯元素的刚度矩阵。在形成元素刚度矩阵时，在子域一极求逆节省大量机时。介绍了动力特性的分析和试验方法。运用Ｈ－Ｒ元素计算了导弹复合材料立尾的动力持性，取得了满意的结果。     

考虑连接刚度的导弹固有特性分析

导弹的动力分析是导弹设计中的一个重要环节,工程中常用非均匀梁作为动力分析的简化模型显然不够精确。本文采用了按照导弹实际尺寸建立的三维模型,而且动力模型中在舱段连接处引进了虚梁元,以考虑导弹舱段连接刚度的影响,进行固有特性分析。计算结果表明考虑舱段连接刚度后的固有特性计算值与实际值比较吻合。本文采用的方法对导弹进行动力分析时可推荐应用。     

一种高精度的矩形板弯曲元素

本文在物理概念的基础上提出了一种构造弯曲板插入函数的新方法。在矩形域内,按此方法得到了满足完备性要求的新的插入函数。此插入函数所包含的多项式项数在同自由度元素中是最多的。推导了以显式表示的12个自由度的矩形板弯曲元素刚度矩阵。 实例计算结果表明,本文元素收敛较快,精度较高,且具有单调收敛的特点,其扭转特性则更佳。     

弹性地基梁单元的二次开发与应用

基于Euler梁理论和最小势能原理推导了带轴力项的Euler梁单元的刚度矩阵。结合弹性地基梁理论与坐标转换矩阵得到了在整体坐标系下的弹性地基梁的刚度矩阵。据此编制了ABAQUS用户单元子程序,进行了算例验算,结果表明:所编写的弹性地基梁单元精度高,可以用于工程实际计算。     

修正刚度阵的混合元素型法

作者曾将最优矩阵型法和元素型法中的排列方程法的推导步骤相结合,对质量阵建立了一种新的元素型修正法(本文称之为“混合元素型法”),企图保持最优矩阵型法的特点(即在目标函数中可引入任意的正定加权阵),又能得到带状的修正质量阵。最终发现这种混合元素型法得到的修正质量阵在本质上是满阵。后来,作者在推导上进行了改进,并引入加权矩阵Ⅴ,使得带宽外的元素在Ⅴ加权的意义下近似为零,从而获得一个“带状”的修正质量阵。本文是将这种改进后的混合元素型法扩展到刚度阵的修正,如首先根据最优矩阵型法建立如下条件被值问题由它的驻值条件解得 K=K_a-Mαφ~TM-M(β-β~T)M随之利用“排列方程法”将此式改写成如下元素型方程最后将K的元素向量{k_(ij)分割为带宽元素和非带宽元素子向量,并根据约束条件求取乘子α和β。由于这样定出的α和β总是无法保证非带宽元素子向量为零,所以本文选择某种加权矩阵,使得非带宽元素子向量在此矩阵加权的意义下近似为零,从而获得一个“带状”的修正刚度阵。     

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。     

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。     

适用于复杂空间结构的快速载荷提取技术

应用有限元理论中的节点力公式并对其进行矢量合成,解决了复杂空间结构计算规模较大无法获取截面动载荷的问题。该方法基于截面单元刚度矩阵和节点位移列阵的物理信息,具有不改变截面连接刚度、求解速度快的优点,对静力学和动力学载荷提取均有较好的求解精度,其正确性已通过典型梁、壳、体单元模型算例验证。该方法原理清晰,具有普适性,后续可推广到运载火箭和空间飞行器截面载荷计算工作中。另外还针对不同计算规模给出可行有效的载荷提取方案。     

薄壁结构的匀变轴力杆和受剪钣的直刚法

木文导得了具有线性变化切面面积的勾变轴力杆和等厚度的受常剪流梯形钣的元件刚度矩阵。利用这些元件刚度矩阵我们就能将直刚法直接应用到具有匀变轴力杆和受剪钣的薄壁结构。按本法所求得的结果和力法的一致。本法在计算结果上的精确性和实用上的简便性的统一是令人满意的。作为比较,文末附有二个算例。可见按本法所求得的计算结果和其它二种方法所得的结果是很符合的。     

旋翼-机身动力分析的耦合技术

本文提出了铰接式直升机旋转平面内旋翼与机身耦合的一种动力分析方法,并以玻璃钢旋翼的Y-2小型直升机为例,作了理论与实验的综合分析,还特别指出了机身旋翼轴端各向异性的动刚度对旋翼旋转平面内固有动力特性的影响。     

基于连续损伤模型的复合材料波纹梁压溃分析

复合材料的耐撞性受到了广泛重视,而波纹梁因其优异的抗屈曲构型被广泛应用于飞机翼梁和直升机底板等经常发生碰撞的结构中。进行了复合材料波纹梁的屈曲分析,研究了高度对波纹梁破坏模式的影响。建立复合材料波纹梁的连续损伤单波模型,层内基于Hashin判据建立含损伤因子的损伤刚度矩阵,层间根据二次名义应力准则和B-K准则模拟损伤演化,并通过典型复合材料波纹梁压溃试验验证了所建立模型的正确性。基于单波分析模型,通过施加周期性边界条件和反对称边界条件,研究了多波结构的吸能特性。     

旋转圆盘振动的动态有限元法

本文将动态有限元法推广应用于轴对称圆板在旋转状态的振动特性分析,推导出环板元的动态形函数,解决了含贝塞尔函数的疑难积分问题,并建立了单元质量和刚度矩阵以及附加刚度矩阵和一次修正矩阵。文中以算例考核,结果与精确值比较符合。最后作为具体应用实例,分析了圆盘的固有频率随转速的变化情况。     

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。     

纵向力对弹性梁横向弯矩的影响分析

从Timoshenko梁理论出发,推导了纵向受力的弹性梁的刚度矩阵,结合工程实际例子,对纵向受力的时变弹性梁的横向弯矩进行了计算,研究分析了纵向受力对时变弹性梁横向弯矩的影响,为类似工程问题提供了一种切实可行的解决方法,对工程设计具有较重要的参考价值.     

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。