模拟Lamb波在板结构中传播的新型谱板单元

为了进一步提高时域谱有限元法模拟Lamb波在板结构中传播的计算效率,建立了一种能够模拟Lamb波三维传播特性的二维时域谱有限板单元。首次采用了具有Lebesgue最优性质的节点分布形式和扩展位移场,每个节点有6个自由度。形成单元集中质量矩阵时采用一种简单的方法,得到的结果与将一致质量矩阵行相加后的结果相同。研究结果表明,新单元的性能与常用的两种性能优异的时域谱有限元相当;而且由于其质量矩阵的积分计算量少、稳定积分的临界时间步长大,并且能够模拟Lamb波在板结构中传播的三维特性,所以计算效率得到了明显的提高。     

应变天平多元校中几种数据处理方法的比较

风洞天平校准常用单元校法及多元校法。为提高天平校准公式的准度，试用复合法进行天平核准的数据处理。复合法就是在多元校数据处理时使用单元校得到的主体项系数或主体项系数和一次干扰项系数来拟合天平的校准公式。本文试比较几种数据处理方法的效果。     

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。     

三维弹塑性边界元1/r~3积分奇异性的处理

本文将文[2]的基本思想与方法,推广应用于处理三维弹塑性边界元法塑性单元中的1/r~3积分奇异性问题,推导了有关的具体公式,并从理论上证明了该方法处理1/r~3奇异性的有效性。针对奇异性单元。本文提出旋转与坐标转换的分割技术,可大大减少工作量。并使计算机编程更简洁。数值算例研究表明,文中采用的方法是十分有效的。     

利用NURB作曲线和曲面的插值

给出了非均匀有理三次Ｂ－样条插值的方法，利用曲线（面）方程的矩阵表达式导出了反求顶点问题的方程组，使方程组的系数矩阵呈三对角型，易于求解。同时，分别推出几种情况下的端点（边界）条件。利用该结果可以使得曲线（面）易于调整，运算速度快，便于处理。     

最小二乘和奇异值分解法在边界元法中的应用

采用最小二乘与奇异值分解结合的方法，给出求解系数矩阵不满秩的线性代数方程组的数值方法，进而将此方法应用于边界无法中，处理给定外力的第一边值问题，特别地用于处理给定外力的三维裂纹问题。此外，本文还给出求解三维有限体裂纹问题的超奇异积分方程组，并使用有限部积分与边界元法为其建立了数值法。最后计算了若于典型例子的应力强度因子，数值结果与现有文献的相比，符合很好。     

几何非线性固体壳单元新列式的研究

通过定义广义应力，提出了一个改进的刚度矩阵，以克服固体壳元的厚度自锁问题；由一个基于广义应力的新的非线性变分泛函，推导了一个用于几何非线性分析的十八节点固体壳单元，精心选择低、高阶应力插值模式，保证二者正交，且对应于低阶项的刚度阵与减缩积分单元相当，对应高阶项的刚度阵用于克服单元的零能模式且可推得显式，从而显著提高了计算效率，此外该单元还拥有优秀的收敛性能，即使在非常大的载荷步下也能取得好的收敛结果。     

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。     

调和微分求积法权系数矩阵的一种显式计算式

简要介绍了调和微分求积法，导出了求一阶导数权系数矩阵的显式计算公式。利用该公式和其中反心对称的性能，可进一步提高计算效率。由于均匀网点有时不能给出可靠的解，本文导出了几种能出可靠结果的不等距网点公式，其中一种公式虽然用不同的方法导出，但结果与Ｇａｕｓｓ－Ｌｏｂａｔｔｏ方法等价，本文还证明了调和微分求积法权系数矩阵具有中心对称或中心反对称的性质（取决于导数的阶数），利用这些性质可以进一步减少计算工程     

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。     

Increment-Dimensional Scaled Boundary Finite Element Method for Solving Transient Heat Conduction Problem

An increment-dimensional scaled boundary finite element method (ID-SBFEM) is developed to solve the transient temperature field.To improve the accuracy of SBFEM,the effect of high frequency factor on dynamic stiffness is considered,and the first-order continued fraction technique is used.After the derivation,the SBFE equations are obtained,and the dimensions of thermal conduction,the thermal capacity matrix and the vector of the right side term in the equations are doubled.An example is presented to illustrate the feasibility and good accuracy of the proposed method.     

三维机织复合材料拉伸损伤

采用三维实体有限元方法,结合周期性边界条件,研究了三维机织复合材料在经向拉伸和纬向拉伸载荷作用下损伤的起始、扩展直至最终破坏的全过程。分析中抛弃了以往损伤研究中采用的单元消失技术,对破坏的基体单元和纤维束单元均按方向进行刚度折减。制作三维机织拉伸试件并进行了相应的试验,计算结果和试验结果吻合良好,证明了该研究方法的正确性。     

多层频率选择表面的分析

本文科用矩量法和广义散射矩阵理论分析了平面波入射到多层频率选择表面的电磁散射特性。首先引入广义波导的概念,将单层频率选择表面(FSS)上每个单元看成两个广义波导的接头,广义波导中的本征模是周期性结构中的Floquet模,然后根据等效原理和边界面上切向场量的连续性条件得到了一个关于广义波导中模式系数的方程,用矩量法求解可得波导接头的广义散射参量。最后运用广义散射矩阵理论计算了多层FSS总的散射参量。作为示例,文中对由矩形与圆形孔阵所组成的单层FSS和双层矩形孔阵FSS的散射特性作了计算,数值结果与已有文献中给出的数据极为一致。     

复合材料弹翼－弹身组合结构强度计算

本文利用自行开发的复合材料结构应力分析软件（CMSSA）对某型导弹的复合材料弹冀－弹身组合结构进行了静力分析。本文的计算软件采用动态链表数据结构存贮总体刚度矩阵，具有很高的存贮和计算效率。文中给出了任意四边形壳单元和三角形壳单元的形函数及几何矩阵，这两种单元能适应结构中的复杂曲线边界及单元过渡区域。     

多功能风洞及CFD优化设计

上海交通大学在建的多功能低速风洞具有串列式的大小两个试验段.为提高边界层试验时的工作效率,将在大试验段的转盘前部设置自动升降粗糙元装置.为模拟风浪流联合作用环境下船舶/海洋工程结构物的流体动力响应,由旁路风道将风引至循环水槽测试部的上方,并且该测试部的风速可以随时间周期变化.为提高大试验段的流场指标,在与试验结果对比的基础上,CFD方法模拟了风洞的内部流场,基于DOE结果生成了Kriging模型,采用多岛遗传算法得到最优解.研究结果表明优化设计的结果显著提高了流场的性能指标.     

复合材料层合板低速冲击损伤的预测模型

在低速冲击载荷作用下,建立了一种适用于铺层总数较多的复合材料层合板的损伤预测模型。采用三维Puck失效准则预测层内纤维与基体的破坏,并获得基体失效时的断裂面角度。根据低速冲击下复合材料层合板的层间分层损伤机理,同时考虑面内横向正应力、厚度方向正应力、层间剪应力和相邻铺层的损伤状态等因素对界面分层的影响,发展了一种新的冲击分层失效准则。为快速有效地预测铺层总数较多的复合材料层合板的冲击损伤,通过对单元积分点处的应变进行线性插值,提出了在单个实体单元内预测多个铺层损伤的数值计算方法。模型成功预测了受冲击层合板具体的失效模式,预测的分层形状和尺寸与试验值吻合较好,并显著减少了有限元模型的规模,表明本文所发展的数值方法对预测复合材料层合板低速冲击损伤的有效性。     

“大涡破碎”的紊流减阻实验研究

本文对当今国外曾提出的紊流表面摩擦减阻新概念——“大涡破碎”(LEBU)进行了初步的风洞实验探索。将具有对称流线型剖面的二元小肋,沿垂直于气流的方向安置在平板表面的紊流附面层内某一高度处,收到了不同程度的减阻效果。实验中分别考察了小肋的安置位置L,安置高度H,迎角θ及相对厚度b等参数对减阻效果的不同影响。从紊流附面层涡结构的观点出发,提出紊流的“细化”作用是小肋对平扳减阻的根本原因,并认为改善紊流附面层的速度型是研究紊流减阻的一种手段。实验使用自制的高灵敏度摩擦天平,测得的减阻效果与Ludwieg—Tillman公式的计算结果基本一致。     

含边界和损伤因素的纺织复合材料细观胞元模型

纺织复合材料的细观力学分析通常以胞元模型为基础,胞元边界条件的合理施加是获得精确分析结果的关键之一。本文以平面机织复合材料为例,讨论了细观胞元的选取和周期边界条件的施加方法,在此基础上建立了二维细观有限元模型,通过与全厚度模型分析结果的比较,研究了周期胞元模型的合理性,特别是边界效应和局部损伤等非周期因素对分析结果的影响,给出了这些因素下胞元边界条件的处理方法。     

优化转速旋翼性能分析与应用

旋翼转速的变化会对直升机性能产生重要影响,通过建立优化转速旋翼性能分析综合模型,包含PetersHe广义动态入流模型和全机配平模型,以国产现役某轻型直升机为例,分析前飞速度、起飞质量、飞行高度等对变转速旋翼转速优化路径的影响,分析变转速旋翼技术对提高直升机航时等性能的可能性。分析结果表明:通过合理降低旋翼转速,可以使最大起飞质量下的需用功率降低30%;起飞质量越轻、飞行高度越低,旋翼优化转速越低,需用功率降低越明显;通过优化转速完全消耗400kg燃油,通过优化旋翼转速,可使最大续航时间提高20.5%,最大航程提高8.5%;桨叶内段布置厚翼型能提高桨叶刚度,增加大速度时需用功率,但对中低速度飞行时总体性能影响较小,不影响长航时的优点。