基于分层有限元的功能梯度混凝土梁热弹性分析

功能梯度混凝土材料(Functionally Graded Concrete Materials,简称FGCs)是一种材料组分和性质在空间上呈梯度连续变化的新型复合材料.本文采用分层模型的思想并借助有限元软件ANSYS建立了FGC梁的有限元模型,通过一个典型算例验证了模型的可行性和计算精度,结果发现本文解与参考解具有很...     

梯度功能材料层梁受机械/热载作用的结构特性分析

本文建立了梯度功能材料层梁模型，采用分层剪切理论对梯度功能材料悬臂梁进行了分析。取材料为各向异性，材料参数沿梯度方向变化，利用界面连续条件，边界条件，得出了结构的变形与应力。结果表明，载荷分布对结构中的应力数值有很大的影响，存在优化的梯度系数使得结构具有最大的承载能力。     

功能梯度材料夹芯板的后屈曲

基于Reddy高阶剪切理论及Von-Karman大挠度理论,针对以功能梯度材料为面材的夹芯板的后屈曲行为进行了研究,数值算例给出了完善、非完善功能梯度材料夹芯板的后屈曲荷载-挠度曲线以及后屈曲荷载-端部缩短曲线。讨论了初始几何缺陷、材料组分指数、温度相关性、面内边界约束条件等各参数变化所带来的影响。     

功能梯度形状记忆合金材料的热力学行为

功能梯度形状记忆合金（Functionally graded shape memory alloy,FG SMA）兼备功能梯度材料和形状记忆材料的双重特性,近年来已经引起科学界的广泛关注。本文根据复合材料力学理论,对功能梯度形状记忆合金复合材料层合板的本构关系进行研究,讨论了变温作用下不同铺层中嵌入形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA）夹杂的功能梯度SMA复合材料层合板的热力学行为。数值结果与已有文献报导的研究结果基本一致,且本文研究表明：SMA夹杂嵌入在不同铺层中以及具有不同体积分数的情况下材料展示了不同的热力学行为。     

功能梯度压电材料反平面断裂问题研究

基于三维弹性理论和压电理论，导出了材料系统在横观各向同性平面内梯度分布的压电体的状态方程；进而对材料系数按指数函数规律分布的半无限大压电体中的反平面裂纹问题进行了求解；利用Fourier变换给出了半无限大压电体中位移、应力的形式解；并求得了裂纹尖端的应力强度因子及电位移强度因子，分析了不同材料系数及几何因素对它们的影响。     

基于非结构化单元的磁场及梯度模拟计算

在地球物理磁法勘探中,磁场及其梯度张量数据是磁法正反演及解释的重要基础.本文结合磁梯度张量解析解表达式,实现了一种基于非结构化四面体单元的磁场及梯度模拟计算方法,该方法弥补了传统方法难以处理任意复杂模型的缺陷,同时大幅提高了模拟计算精度.首先,采用非结构化单元剖分异常体可以显著地减小几何误差,更好地模拟带地形复杂模型.其次,采用新的磁梯度张量解析解表达式,其精度比传统的有限元、有限差分方法更高.本文设计了单个球体模型和组合体模型,模拟计算结果体现了该方法的适用性和准确性.     

复杂结构振动的一种超单元简化分析

本文提出了一种建立在常规有限元模型上的超单元分析方法,对复杂结构的振动分析进行降阶简化处理。这种方法是把结构重新以超单元形式划分,在超单元内部采用了简化的动减缩方法;边界上则采用局部位移场重新插值方法,或采用局部刚化的方法。由超单元组装得到的总体矩阵仍具有对称、稀疏等性质,得到的动力学方程仍具有常规形式。这种超单元分析方法不但大大降低了求解模型的阶次,扩大了求解能力,而且易于编程,求解方便。文中还通过摄动分析讨论了内部模态截取准则,以保证求解的有效性和可靠性。数值算例表明,本文方法是很有效的,且具有较高的求解精度。     

用应力函数法求功能梯度梁的弹性理论解

假设弹性模量为厚度的指数函数,泊松比为常数,用应力函数法求解FGM梁的弹性理论解。得到了FGM简支梁弯曲问题的解析解。考察了不同弹性模量变化规律对FGM深梁位移和应力分量的影响。为校验FGM梁、板近似理论和数值方法的有效性提供了依据。     

基于应变能动态聚类的梯度点阵结构优化设计

为了优化具有空间渐变几何特点的梯度点阵结构,促使有限材料在宏观结构中实现合理分布,提出结合动态聚类的两尺度并发拓扑优化方法。在整个优化过程中,微结构分区方式可以通过K-means聚类方法基于当前的宏观单元应变能进行聚类更新,获得比静态分区更为合理的微结构分布方式;并引入微结构转角变量,根据结构主应力方向来布置微结构转角,获得更为合理的宏观结构传力路径。数值算例表明,相较于传统指定材料区域的静态分区方法,该方法可以更为有效地进行材料分布,充分利用材料的各向异性,提升结构性能。     

Accurate Free Vibration of Functionally Graded Skew Plates

The present study aims to analyze free vibration of thin skew plates made of functionally graded material(FGM)by using the weak form quadrature element method.The material properties vary continuously through the thickness according to a power-law form.A novel FGM skew plate element is formulated according to the neutral surface based plate theory and with the help of the differential quadrature rule.For verifications,Numerical results are compared with available data in literature.Results reveal that the non-dimensional frequency parameters of the FGM skew plates are independent of the power-law exponent and always proportional to those of homogeneous isotropic ones when the coupling and rotary inertias are neglected.In addition,employing the physical neutral surface based plate theory is equivalent to using the middle plane based plate theory with the reduced flexural modulus matrix.     

基于有限元分析的DFR法

以名义应力为参数量的细节疲劳额定值(Detail fatigue rating,DFR)法进行疲劳可靠性分析的关键之一在于获取钉孔附近真实的名义应力,解析法难以分析复杂结构和载荷下的应力分布,不便于工程应用。本文参考了连接件及周边平衡载荷系的等效方法,提出了用于DFR法分析的有限元法名义应力的求解。编制了基于有限元分析的DFR法分析软件FEM-DFR,对MSC.Nastran输入输出文件进行后处理,自动完成DFR法疲劳寿命的相关计算。算例结果表明本文提出的基于有限元分析的DFR法算法合理,编制的FEM-DFR软件通用、有效。     

复合材料热结构螺栓连接刚度试验分析方法研究

本文以C/SiC螺栓为例,研究复合材料热结构连接刚度的试验分析方法。分析了常温下预紧力矩与螺栓轴向力之间的关系,考虑高温对预紧力的影响并给出了预紧力矩修正公式。针对高温条件下难以获得螺栓真实预紧力、从而影响对热结构连接刚度进行正确判断的难点,建立了一种在高温条件下通过动力学试验获取结构连接刚度的技术途径,并采用典型连接件开展了相关的试验研究。     

B样条曲面的形状修改——基于等参线的曲面缝合

参数曲面的形状修改在几何建模的过程中具有非常重要的作用.本文给出了两种方法:最小二乘法和能量法.这两种方法能修改B样条曲面,使得修改后曲面的等参线精确地通过指定的目标曲线并可在目标曲线处达到C<'1>连续拼接.推导出明确的公式可以计算修改后的曲面的新控制顶点,该方法简单、快速.最后给出了基于等参线B样条形状修改和曲面曲面缝合在飞机和汽车外形逆向设计中的具体应用实例.     

基于有限元法的齿轮强度接触分析

基于有限元法的基本算理,利用有限元软件,从静态和动态两个方面对齿轮进行接触分析,计算出齿根的最大应力,通过与经验公式计算结果对比,有如下结论：1）基于有限元法的齿轮接触分析是切实可行的计算方法,静态和动态模拟数据均比较合理;2）动态接触计算模型计及了啮合过程中的冲击效应和摩擦的影响,相对于静态算法而言,能更为真实的模拟齿轮啮合的真实状况;3）静态接触模型能准确快速地模拟稳态运行状态下的齿轮强度。齿轮的接触强度的合理分析,对改善齿轮传动性能和提高齿轮设计制造水平有一定的意义。     

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。     

板料应力成形极限判据的有限元分析程序

为了解决在板料成形有限元数值模拟中以依赖于加载路径的应变成形极限为判据所存在的问题,以板料塑性变形时所遵循的应力应变转换关系、H ill二次厚向异性准则为计算模型,基于有限元商用分析软件DYNAFORM,开发了用于板料塑性成形工艺的以应力成形极限为判据的有限元分析程序。利用该程序分析了两种拉深件的有限元数值模拟结果,实现了用应力成形极限图作为判据对板料成形极限的预测分析。所开发的以应力成形极限作为判据的有限元分析程序为分析多道次板成形的成形极限提供了新的手段。     

基于无限元方法的直升机外部噪声仿真分析

为了准确地模拟直升机飞行中的外部噪声,建立了耦合计算流体力学/计算气动声学(Computational fluid dynamics/Computational aeroacoustics,CFD/CAA)的直升机机外噪声预测方法.气动计算采用CFD方法模拟旋翼、尾桨气动力以及气动干扰;噪声计算采用声学无限元方法,考虑...     

Compressive Sensing Sparse Sampling Method for Composite Material Based on Principal Component Analysis

Signals can be sampled by compressive sensing theory with a much less rate than those by traditional Nyquist sampling theorem,and reconstructed with high probability,only when signals are sparse in the time domain or a transform domain.Most signals are not sparse in real world,but can be expressed in sparse form by some kind of sparse transformation.Commonly used sparse transformations will lose some information,because their transform bases are generally fixed.In this paper,we use principal component analysis for data reduction,and select new variable with low dimension and linearly correlated to the original variable,instead of the original variable with high dimension,thus the useful data of the original signals can be included in the sparse signals after dimensionality reduction with maximize portability.Therefore,the loss of data can be reduced as much as possible,and the efficiency of signal reconstruction can be improved.Finally,the composite material plate is used for the experimental verification.The experimental result shows that the sparse representation of signals based on principal component analysis can reduce signal distortion and improve signal reconstruction efficiency.