九节点四边形等参数单元

某些作者给出的数值结果表明,在单元形状不规则时,八节点和十二节点的四边形等参数单元的刚度变硬。因此,应用不规则单元所得的结果误差很大。计算结果没有由二个或四个六节点三角形组成的四边形所得的结果妤。本文表明,假使四边形单元是九节点单元,拉格朗日多项式作为插值函数,那么不规则单元所得的结果与规则单元所得的结果基本上一致。数值结果表明,九节点等参数单元比八节点、十二节点四边形等参数单元和由二个或四个六节点三角形组成的四边形单元好。     

一种基于精确刚度分析的刚性连接单元

NASTRAN刚性连接单元RBE3中的权因子需要人为设定,由此导致分配节点载荷具有较强的主观性。针对该问题,基于结构刚度矩阵的缩聚原理提出一种精确的刚性连接单元,该单元可将指定节点上的载荷精确分配至结构的主要承力节点,并能有效克服RBE3单元中权因子不直观且难以确定的缺点。通过算例验证,表明采用本文所提出的精确刚性连接单元可以精确完成由加载节点到主要承力节点的载荷分配计算,且所得载荷分配结果更为精确可靠。     

基于背景网格簇的动网格生成方法

提出了基于背景网格簇实现网格变形的新方法。背景网格簇由任一内边界节点和远场边界角点生成的背景网格构成,并随边界运动而变化。通过保持计算网格节点在每一个背景网格中所在单元的面积坐标不变(三维时保持体积坐标不变)而求出一组期望位置,加权平均该组期望位置,确定出该计算网格节点的新位置。其中权值与内边界节点和计算网格节点距离的倒数相关。新方法引入的背景网格簇可以有效地改进单个背景网格的不足之处。算例结果表明:基于背景网格簇的动网格生成方法实现简单,与弹簧近似法相比,新方法因不需要迭代求解方程组而非常高效,且拥有更强的网格变形能力;与Delaunay图映射法相比,该方法背景网格的单元个数极少,因此易于定位,且不会出现背景网格单元交叉的现象,网格变形能力更强,变形后的网格质量更好。     

单框架控制力矩陀螺群的奇异几何分析

使用几何方法对单框架控制力矩陀螺群（包括转子恒速的CSCMG和转子变速的VSCMG）的奇异性进行了分析。通过绘制CSCMG的奇异角动量超曲面,并标识隐奇异和显奇异在该曲面上对应的点,直观地表述了CSCMG的可操纵空间,得出星体三轴角动量可交换的具体范围。比较奇异角动量超曲面图,可以看出金字塔构型在角动量饱和包络面内部存在显奇异,而五棱锥构型的显奇异十分接近饱和包络面。文中分析了金字塔和五棱锥两种构型的CSCMG可能的退化隐奇异点,并给出了退化隐奇异点在奇异角动量超曲面上的具体位置及其高斯曲率特性。对集成的能量和姿态一体化控制系统（IPACS）可能出现的无法操纵的情况进行了补充分析,给出了使用VSCMG的IPACS不会出现操纵奇异的构型设计的充分条件。给出在某一瞬时能量下,VSCMG转子角速率范围有限制时的角动量包络图,从中得到CSCMG与VSCMG角动量体的变化和联系。     

一种四元数矩阵建模的彩色图像质量评价方法

针对彩色图像的质量评估问题,提出了一种基于四元数矩阵模型的图像质量评价方法。利用四元数矩阵对彩色图像建模,构造出图像的四元数矩阵模型;对矩阵进行奇异值分解,得到一组奇异值向量;计算标准图像与失真图像对应奇异值向量间的欧式距离,获得失真映射图谱;由失真图谱计算两幅图像间的全局误差,作为失真图像的质量评价结果。通过对几组不同类型失真图像的评价测试,结果表明,方法对图像质量的客观评价结果与主观感知有较高的一致性,并且能够从失真映射图谱判定图像的失真类型。     

基于机器学习的非定常流场网格自适应

现有针对非定常流场数值模拟的网格自适应方法,通常每隔一段时间步就进行一次网格调整,增加了计算复杂度和精度损失。针对这一问题,本文基于间断伽辽金（discontinuity Galerkin, DG）有限元法提出了结合BPNN(backpropagation neural network)和MMPDE(moving mesh partial differential equation)的非定常流场网格自适应方法。该方法首先采用DG有限元法对Navier-Stokes方程进行非定常计算,得到统计意义上的网格间断量;然后以初始网格和间断量训练BPNN回归模型,用于预测任意位置节点的间断量;接着使用MMPDE变分法移动网格节点,使其符合统计意义的间断量分布;最终通过Laplacian网格平滑法保证网格单元质量。圆柱绕流非定常流场算例的验证结果表明,该方法能够在不改变网格拓扑结构和不增加节点数的情况下完成一次性网格自适应,显著提高了非定常流场数值计算的精度和效率。     

区间B样条小波杂交应力元分析及其应用

将小波函数引入到杂交应力元中,以其尺度函数作为插值函数,构造了二维四节点和三维八节点的B样条小波杂交应力元.将数值算例结果与理论解和Abaqus软件计算结果相对比,本文所构造的新型单元具有计算精度高、对单元划分密度不敏感、收敛速度快的优点.     

冗余驱动消除并联机构奇异研究

对空间并联机构的奇异性和冗余驱动消除机构奇异进行了研究。以Park关于奇异的分类为基础,明确指出了冗余驱动能够消除机构驱动奇异的原因,给出了冗余驱动个数与奇异空间降维关系的比较严格的数学推导过程。还对一种3自由度冗余并联机构的奇异性进行了分析,指出了其奇异空间的形状,并对冗余驱动消除奇异的效果进行了研究。其结果证实了冗余驱动与奇异降维之间的关系,对于进一步提高并联机构的性能提供了参考。     

凸优化方法在工作站负荷优化配置中的应用

在不考虑设备故障的前提下,一个工作站的服务质量主要取决于其负荷大小。建立了工作站负荷最小化的优化模型,设计了一种变量转换方法并经适当的约束条件合并将该非线性的、具有不等式约束的模型转化为凸优化模型。推导给出该凸优化模型对应的拉格朗日函数及其最优解存在的KKT条件,并引入凸优化内点法作为负荷配置的有效计算工具。实例计算结果表明,凸优化内点算法具有迭代次数少、收敛速度快的优点;实际应用中可以将非线性的复杂的优化问题凸性化从而得到其最优解。     

孔边应力单元与层合板孔边应力精化分析方法研究

构造了一个满足孔边应力边界条件、层间应力连续条件以及层合板表面应力边界条件的孔边应力单元。并在位移型有限元计算所得位移基础上,提出了一个精确分析孔边应力的有限元方法。首先,运用莫雷阿(G.Morera)应力函数理沦,构造了柱坐标中满足平衡条件的三维应力场的一般表达式,并使之满足前述应力条件。然后,采用上述表达式并利用修正余能原理与拉格朗日乘子法,建立了由已知节点位移分析层合板孔边应力的基本方程。算例表明,所得计算结果与相应解析解或实验结果相符。     

用杂交应力元及等参元计算应力强度因子

 本文介绍一种用奇异性杂交应力元及等参元计算平面裂纹的应力强度因子和J积分的方法。实际计算表明,此种方法的优点是精度高,计算时间短,便于实际应用。文中给出三个算例。各例分别采用216～256个自由度。计算结果同解析解及其他奇异元的解进行了比较。各例算得的应力强度因子值,均同解析解相差仅1～2％。每例中由4～6条路径求得的J积分值,其分散度均在±O.7％以内。 计算在TQ-16机上进行,程序编译约6～7分钟,每例的计算时间约6～8分钟。     

机械连接件中螺栓孔角裂纹应力强度因子数值计算(英文)

The three-dimensional finite element method is used to solve the problem of the quarter-elliptical comer crack of the bolt-hole in mechanical joints being subjected to remote tension. The square-root stress singularity around the corner crack front is simulated using the collapsed 20-node quarter point singular elements. The contact interaction between the bolt and the hole boundary is considered in the finite element analysis. The stress intensity factors （SIFs） along the crack front are evaluated by using the displacement correlation technique. The effects of the amount of clearance between the hole and the bolt on the SIFs are investigated. The numerical results indicate that the SIF for mode I decrease with the decreases in clearance, and in the cases of clearance being present, the corner crack is in a mix-mode, even if mode I loading is dominant.     

半椭圆表面裂纹应力强度因子计算的边界元法

 工程结构常存在表面裂纹或缺陷,例如飞机上的航炮经多次发射,在内膛将产生表面龟裂;航空发动机轮盘和叶片也可能有表面裂纹。由于表面裂纹是三维问题,给问题的解决带来了很大的困难。边界元方法为求解三维问题带来了方便。     

夹杂尖端出现裂纹时应力奇异性分析

 本文应用奇异积分方程理论研究一扁平夹杂尖端出现一裂纹时的应力奇异性问题。得到了裂纹与夹杂端点及交点处的应力奇异性指数,导出了裂纹与夹杂端点处的应力强度因子及交点处的新近应力场。通过数值计算,分析讨论了裂纹与夹杂的各种几何参数及夹杂-母体材料刚度比对裂纹与夹杂相互作用的影响。     

飞机结构搭接件腐蚀三维裂纹扩展特性分析

通过对某型退役飞机分解检查,发现搭接件在腐蚀产物的膨胀作用下产生了裂纹。采用20节点等参奇异元,运用三维有限元法分析含半椭圆裂纹的飞机结构搭接件的应力应变状态,通过计算裂纹前缘典型部位的应力强度因子,预测了裂纹的扩展趋势,分析了其危害性。结果表明,搭接件半椭圆形裂纹以较小的形状比(a/b)扩展,在较长阶段内并不会扩展到外表面。所以裂纹具有隐蔽性,对飞机安全构成潜在的威胁。     

平面应力裂端约束与J控制裂纹稳态扩展

利用有限元法计算模拟了紧凑拉伸和中心裂纹两种试样在Ⅰ型平面应力条件下的裂纹准静态扩展过程。结果表明:两种不同的薄板试样中扩展裂纹尖端约束和应力场完全满足静态裂纹HRR奇异性解的相应要求,即对于扩展裂纹J主导裂端场条件依然有效。值得注意的是:与平面应变情形相反,在平面应力条件下,较高的J主导水平发生在纯拉伸条件下,而较低的J主导水平发生在纯弯曲条件。由两种试样实测及有限元计算模拟的平面应力J阻力曲线符合良好。因而,作为一个独立于试样几何的准则,平面应力J阻力曲线适于表征材料抵抗裂纹稳态扩展阻力,并且能够合理地用于评估给定材料状态条件下的薄壁含裂纹构件和结构的安全性。     

二维复合广义J积分

本文推导出了含复合型裂纹的变厚度板在承受体力和面力、存在非均匀温度场的情况下的能量差率表达式。并由此定义了复合型广义J积分 J=J₁cosφ+J₂sinφ J₁=lim（1/t）{∫Wtdx₂-∫W（t/x₁）d A-∫S_i（u_i/x₁）tds -∫（W/T） （T/x₁）td A-∫Bi（u_i/x₁）tdA} J₂=lim1/t{-∫Wtdx₁-∫W（t/x₂）dA-∫si（u_i/x₂）tds -∫（W/T）（T/x₂）tdA-∫Bi（u_i/x₂）tdA} 在此定义的基础上,我们证明了广义J积分的与路径无关性,并利用其路径无关性和裂纹尖端的应力场奇异性得到了广义J积分与线弹...     

裂纹扩展的无网格数值模拟方法

疲劳断裂是航空材料的重要失效形式 ,由于裂纹尖端应力存在奇异性 ,传统有限元方法模拟裂纹沿任意路径扩展存在很多不足。作为一种新兴的数值模拟方法 ,无网格计算只需将求解问题离散为独立的节点 ,计算过程中可以实时跟踪裂纹尖端区域进行局布细化。将连续的裂纹扩展过程看作多个线性增量 ,每一个增量内裂纹扩展角根据应力强度因子确定 ,通过在裂纹尖端细化节点和引入外部基函数提高了计算精度。本文给出了应用无网格方法模拟裂纹扩展过程的关键技术和计算流程 ,通过对带有中心斜裂纹的 Ti-6 Al-4 V合金平板进行分析 ,预测得到的裂纹扩展路径与实验值吻合的较好。     

环形过渡元素及其在轮盘振动分析中的应用

 本文发展了联结环形等参数元素和环形厚板元素的一类环形过渡元素,它对于轴对称体的结构动力分析具有重要意义。环形元素采用了半解析的方法,把三维问题降为二维问题来处理,大大节省了计算机存贮量及计算时间。文中对某实际涡轮盘的振动特性进行了计算,其结果是令人满意的。