三维非均匀脆性材料破坏过程的数值模拟 被引量：55

1

作者 陈永强 郑小平 姚振汉 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第3期351-361,共11页

采用有限元方法模拟了三维非均匀固体材料的宏观等效力学性质和破坏过程．首先采用格形(lattice)方法把试件离散成三维均匀网格,在每个单元格中将材料按照均匀处理,根据给定的统计规则来确定不同单元格中的材料常数以反映材料的非均匀... 采用有限元方法模拟了三维非均匀固体材料的宏观等效力学性质和破坏过程．首先采用格形(lattice)方法把试件离散成三维均匀网格,在每个单元格中将材料按照均匀处理,根据给定的统计规则来确定不同单元格中的材料常数以反映材料的非均匀性．然后对非均匀脆性材料选用简单的本构关系与断裂准则,采用自适应选取载荷步长对试件进行加载,通过非平衡迭代技术对刚度矩阵进行不断修正,实现了非均匀脆性材料的弹性行为及破坏过程的数值模拟．在此基础上,通过数值计算研究了材料的非均匀分布对宏观等效力学性质和破坏过程的影响,给出了破坏全过程的非线性载荷－位移曲线以及不同载荷阶段的三维损伤破坏的演化图． 展开更多

关键词 破坏过程 格形模型 数值模拟 有限元法 载荷步长 非平衡迭代技术 演化演 三维非均匀脆性材料

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并行有限元计算中的接触算法 被引量：11

2

作者 王福军 王利萍 +1 位作者 程建钢 姚振汉 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第3期422-427,共6页

针对动态接触问题的有限元并行计算,提出了一种新的接触算法．新算法引入局部拉氏乘子技术来计算接触力．由于同时考虑了无穿透的接触约束条件和相邻接触对的相互影响,较之广泛使用的罚参数法,新算法使接触约束条件和系统平衡方程得到... 针对动态接触问题的有限元并行计算,提出了一种新的接触算法．新算法引入局部拉氏乘子技术来计算接触力．由于同时考虑了无穿透的接触约束条件和相邻接触对的相互影响,较之广泛使用的罚参数法,新算法使接触约束条件和系统平衡方程得到更充分的满足．虽然为提高接触计算精度而在局部采用了迭代技术,但算法仍然具有较高的效率,且与显式时间积分方案完全相容．此外,通过构造专门的区域分解方案,实现了将现有为串行程序开发的搜索算法平滑移植到并行环境的目标．数值算例表明,所提出的接触算法具有很好的并行性,在保证了接触问题并行计算精度的同时,取得了满意的并行效率． 展开更多

关键词 有限元法 并行计算 接触算法 显式时间积分 区域分解

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双材料界面裂纹应力强度因子的边界元分析 被引量：15

3

作者 张明 姚振汉 +1 位作者 杜庆华 楼志文 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 1999年第1期21-26,共6页

采用双材料基本解建立边界元法基本方程，计算双材料界面裂纹尖端附近的应力和位移场。不离散界面，并设置面力奇异四分之一点裂尖单元以提高计算精度。利用数值外插法得到应力强度因子以避开裂尖场的振荡奇异性。数值结果表明，本文的... 采用双材料基本解建立边界元法基本方程，计算双材料界面裂纹尖端附近的应力和位移场。不离散界面，并设置面力奇异四分之一点裂尖单元以提高计算精度。利用数值外插法得到应力强度因子以避开裂尖场的振荡奇异性。数值结果表明，本文的方法具有较高的精度和效率。 展开更多

关键词 双材料 界面裂纹 应力强度因子 边界元

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薄壁柱壳在内部爆炸载荷下膨胀断裂的研究 被引量：13

4

作者 高重阳 施惠基 +1 位作者 姚振汉 白春华 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第2期160-167,共8页

以柱形爆炸装置为研究对象 ,讨论了其薄壁壳体在爆炸载荷下的动态断裂准则。给出了典型的FAE模型及在数值计算时必要的简化条件。对回收的壳壁破片进行了SEM扫描电镜观测 ,分析了金属材料在高应变率下膨胀断裂的微观机制。采用解耦的、... 以柱形爆炸装置为研究对象 ,讨论了其薄壁壳体在爆炸载荷下的动态断裂准则。给出了典型的FAE模型及在数值计算时必要的简化条件。对回收的壳壁破片进行了SEM扫描电镜观测 ,分析了金属材料在高应变率下膨胀断裂的微观机制。采用解耦的、考虑应变强化的粘塑性本构方程 ,根据损伤破坏理论推导出以临界应变为依据的改进断裂准则 ,计算表明断裂参数理论解与数值模拟结果一致 。 展开更多

关键词 柱壳 FAE装置 爆炸载荷 薄壁 膨胀断裂

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颗粒增强复合材料界面开裂力学性能的模拟 被引量：8

5

作者 郭然 施惠基 姚振汉 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 2003年第2期18-24,共7页

基于Ghosh提出的Voronoi单元有限元方法,构造能够反映颗粒增强复合材料基体和夹杂界面产生脱层的新单元,结合网格重划分技术,模拟含任意随机分布夹杂的复合材料界面开裂的力学性能。为了分析夹杂和基体之间脱层对细观结构演化和宏观性... 基于Ghosh提出的Voronoi单元有限元方法,构造能够反映颗粒增强复合材料基体和夹杂界面产生脱层的新单元,结合网格重划分技术,模拟含任意随机分布夹杂的复合材料界面开裂的力学性能。为了分析夹杂和基体之间脱层对细观结构演化和宏观性能的影响,采用了临界节点移动技术。编制的有限元程序,能够描述界面逐步脱离过程和应力场的变化。计算实例和普通有限元方法进行比较,证明其精度完全符合要求。 展开更多

关键词 颗粒增强复合材料 有限元方法 夹层界面 基体界面 界面脱层 开裂 力学性能

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模拟长纤维增强树脂层合板冲击损伤的数值方法 被引量：5

6

作者 李晨锋 程建钢 +1 位作者 胡宁 姚振汉 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第6期989-996,共8页

建立了一套模拟树脂层合板低速冲击下损伤过程的方法.该方法采用Mindlin板模型并考虑板的大变形,使用以前提出的一种修正的Newmark时间积分方案进行层板的动态分析,全面考虑了复合材料的脱层破坏、基体开裂和纤维断裂等破坏形式及其相... 建立了一套模拟树脂层合板低速冲击下损伤过程的方法.该方法采用Mindlin板模型并考虑板的大变形,使用以前提出的一种修正的Newmark时间积分方案进行层板的动态分析,全面考虑了复合材料的脱层破坏、基体开裂和纤维断裂等破坏形式及其相互作用.还建立了一种适合于 Mindlin板的计算应变能释放率的方法;构造了一种连续的罚函数来动态加人弹簧约束以考虑脱层间的接触效应;证明了球板之间的冲击过程是刚性系统,应使用A（α）稳定的数值方法求解;实现了模拟过程中的自适应分析.使用所开发的软件NBHULI完成了长纤维增强碳/环氧复合材料层板在低速冲击下损伤过程的模拟,取得了一些重要的结果. 展开更多

关键词 树脂层合板 应变能释放率 刚性方程 自适应 航空材料 冲击损击 增强纤维

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牙轮钻头滑动轴承接触参数的计算及力学分析 被引量：5

7

作者 陈家庆 王镇泉 +1 位作者 蔡镜仑 姚振汉 《石油大学学报（自然科学版）》 EI CSCD 1999年第1期59-61,65,共4页

应用边界元法（ＢＥＭ）计算了两种牙轮钻头大滑动轴承的接触参数，讨论了外载荷、配合间隙、材料配对组合等因素对滑动轴承接触力学性质的影响。计算结果表明，小尺寸钻头上载荷的减小值与轴承结构尺寸的减小值不成比例关系，这是小直... 应用边界元法（ＢＥＭ）计算了两种牙轮钻头大滑动轴承的接触参数，讨论了外载荷、配合间隙、材料配对组合等因素对滑动轴承接触力学性质的影响。计算结果表明，小尺寸钻头上载荷的减小值与轴承结构尺寸的减小值不成比例关系，这是小直径钻头寿命短的原因之一。滑动轴承载荷增大时，峰值接触压力的变化幅度比接触区域的变化幅度大，前者又比载荷的变化幅度小，这说明该类接触问题是非线性的。轴承系统的径向间隙越小，相应的峰值接触压力越低；轴承摩擦副材料硬度越低，相应的峰值接触压力越低。 展开更多

关键词 牙轮钻头 滑动轴承 计算 钻头 接触参数 钻井

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颗粒增强复合材料热机疲劳性能的模拟分析 被引量：6

8

作者 郭然 施惠基 姚振汉 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第10期7-8,41,共3页

针对颗粒增强复合材料,基于杂交应力元的基本原理,推导考虑塑性应变、热应变和蠕变应变的Voronoi单元。利用新单元模拟分析机械疲劳载荷和热疲劳载荷的相位关系及夹杂的拓扑结构对结构的热机疲劳迟滞回线影响。

关键词 颗粒增强复合材料 热机疲劳 有限元法

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带脱层的复合材料层板屈曲分析中的接触问题 被引量：2

9

作者 胡宁 胡彬 +2 位作者 姚振汉 福永久雄 关根英树 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1998年第6期700-710,共11页

用基于Mindlin板理论的有限元方法进行了带脱层损伤复合材料层板的屈曲载荷分析．为了处理在屈曲模态中上下脱层之间的接触问题，我们提出了一种有效的算法．在这种算法中，首先用一阶灵敏度分析和二次规划方法相结合的选代算法算出接... 用基于Mindlin板理论的有限元方法进行了带脱层损伤复合材料层板的屈曲载荷分析．为了处理在屈曲模态中上下脱层之间的接触问题，我们提出了一种有效的算法．在这种算法中，首先用一阶灵敏度分析和二次规划方法相结合的选代算法算出接触区域的虚拟力，然后将这种虚拟力转化成一些假想弹簧的刚度系数，并对原始刚度矩阵进行修正．数值算例表明本算法可以有效地克服屈曲模态中上下脱层之间的相互贯穿．同时，还对脱层的大小，形状和位置对屈曲载荷的影响进行了研究． 展开更多

关键词 复合材料层板 脱层 屈曲分析 接触分析 损伤

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汽车结构耐撞性分析中的冲击接触算法 被引量：6

10

作者 程建钢 王福军 +1 位作者 寇哲君 姚振汉 《郑州轻工业学院学报（自然科学版）》 CAS 2002年第2期26-32,共7页

汽车碰撞过程是一个典型的大变形动态接触过程 ,在汽车结构耐撞性分析研究过程中 ,除了有限单元和材料模型方面的因素外 ,接触算法在计算时间和计算精度方面起着很重要的作用 .用于大规模动态接触问题的接触搜索过程大体可分为两阶段 :... 汽车碰撞过程是一个典型的大变形动态接触过程 ,在汽车结构耐撞性分析研究过程中 ,除了有限单元和材料模型方面的因素外 ,接触算法在计算时间和计算精度方面起着很重要的作用 .用于大规模动态接触问题的接触搜索过程大体可分为两阶段 :全局搜索和局部搜索 .目前使用较普遍的、有影响的全局搜索算法主要包括主从面算法、单曲面算法、级域算法、位码算法及NBS算法 ;局部接触搜索算法主要有基于“点面算法”、基于“小球算法”、基于光滑曲面 (曲线 )算法三大类 .接触界面算法目前主要有拉氏乘子法和罚函数法 ,以及扰动拉氏法和扩大拉氏法 .此外 ,接触问题的并行计算也是不可忽视的研究内容 .分析接触算法的研究现状 。 展开更多

关键词 算法 汽车 结构耐撞性 冲击接触 有限元法

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可扩展的冲击-接触并行计算研究 被引量：2

11

作者 寇哲君 程建钢 姚振汉 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第3期325-328,共4页

冲击-接触计算模型在汽车碰撞、金属成型等的模拟计算中有着广泛的应用,鉴于冲击-接触计算过程复杂和计算量大,本文在分布式可扩展的并行计算平台上,设计并实现了冲击-接触的并行计算。算例证明,计算平台稳定可靠,算法简单实用,且具有... 冲击-接触计算模型在汽车碰撞、金属成型等的模拟计算中有着广泛的应用,鉴于冲击-接触计算过程复杂和计算量大,本文在分布式可扩展的并行计算平台上,设计并实现了冲击-接触的并行计算。算例证明,计算平台稳定可靠,算法简单实用,且具有较好的并行效率和可扩展性。 展开更多

关键词 冲击-接触问题 计算模型 并行计算 可扩展性 并行效率 计算力学

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滑动轴承无摩擦接触参数的边界元分析 被引量：4

12

作者 陈家庆 巩立根 +1 位作者 王镇泉 姚振汉 《石油大学学报（自然科学版）》 CSCD 1997年第6期56-58,共3页

应用边界单元法（ＢＥＭ），对平面应变情况下滑动轴承无摩擦接触时的接触参数进行了分析计算，并与常规Ｈｅｒｔｚ公式计算结果进行了对比。结果表明，用边界单元法可以提高接触参数的计算精度，并妥善解决了Ｈｅｒｔｚ公式计算值偏低... 应用边界单元法（ＢＥＭ），对平面应变情况下滑动轴承无摩擦接触时的接触参数进行了分析计算，并与常规Ｈｅｒｔｚ公式计算结果进行了对比。结果表明，用边界单元法可以提高接触参数的计算精度，并妥善解决了Ｈｅｒｔｚ公式计算值偏低的问题。另外在分析了轴承系统尺寸、材料参数及载荷变化因素而进行相应计算的基础上，给出了滑动轴承接触参数计算的经验公式。 展开更多

关键词 滑动轴承 接触参数 边界元分析

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含液多孔介质力学问题的边界元方法 被引量：1

13

作者 黄拳章 郑小平 +2 位作者 王彬 王云 姚振汉 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期226-230,共5页

提出了一种含液多孔介质力学问题的边界元求解方法。首先将问题分解为一系列含单孔流体夹杂的子问题,然后针对每个子问题建立了流体孔体积变化率与流体压力之间的函数关系,进一步采用边界元方法建立了以各流体孔压力为基本未知量的线性... 提出了一种含液多孔介质力学问题的边界元求解方法。首先将问题分解为一系列含单孔流体夹杂的子问题,然后针对每个子问题建立了流体孔体积变化率与流体压力之间的函数关系,进一步采用边界元方法建立了以各流体孔压力为基本未知量的线性代数方程组,最后根据所求出的各流体孔的压力计算含液多孔介质内各点的位移、变形和应力。为了说明方法的有效性,本文以平面应变问题为例,计算了不同流体夹杂体积比下介质的等效弹性模量,并且将计算结果与有关文献结果进行了对比分析。 展开更多

关键词 含液多孔介质 边界元法 叠加原理 等效弹性模量

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双材料基本解弹塑性边界元法 被引量：1

14

作者 张明 姚振汉 杜庆华 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第5期563-573,共11页

提出并研究采用双材料基本解的弹塑性边界元法，得到了内点应力公式中有关奇点塑性应变自由项的完整表达式，并利用非连续边界单元和非连续区域单元解决了当奇点位于界面上时该自由项难于确定，以及计算区域Cauchy主值积分的常塑性应变... 提出并研究采用双材料基本解的弹塑性边界元法，得到了内点应力公式中有关奇点塑性应变自由项的完整表达式，并利用非连续边界单元和非连续区域单元解决了当奇点位于界面上时该自由项难于确定，以及计算区域Cauchy主值积分的常塑性应变场法在与界面相连的奇异区域单元上无法实施的困难．采用双材料基本解的弹塑性边界无法针对双材料的结构特点，特别适于分析有关弹塑性双材料界面及界面裂纹问题． 展开更多

关键词 边界元法 弹塑性 双材料 界面 基本解

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我国工程中边界元法研究的十年 被引量：2

15

作者 杜庆华 姚振汉 岑章志 《力学与实践》 CSCD 北大核心 1989年第1期3-7,共5页

边界元法的研究在我国开始于一九七八年,十年来取得了很大进展.这篇综述包括七个研究领域:(1)固体力学,(2)动力学问题,(3)流体流动、热传导及其他场问题,(4)流体结构相互作用问题的一些工程分析方法,(5)边界元-有限元耦合法,(6)工程中... 边界元法的研究在我国开始于一九七八年,十年来取得了很大进展.这篇综述包括七个研究领域:(1)固体力学,(2)动力学问题,(3)流体流动、热传导及其他场问题,(4)流体结构相互作用问题的一些工程分析方法,(5)边界元-有限元耦合法,(6)工程中边界元法的一些数学和数值方法问题,(7)一些工程应用.作者简要地介绍了清华研究小组的工作,并力图给出我国有关工程研究十年发展的一个概貌. 展开更多

关键词 边界元素 工程力学 计算力学

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底部钻具组合的井底实际钻压分析 被引量：2

16

作者 孔凡忠 姚振汉 吕英民 《石油机械》 北大核心 2000年第8期4-7,11,共5页

将弯曲井眼中的底部钻具组合作为空间梁处理 ,采用两个力学过程模拟指重表所示的指示钻压。利用“施加”与“放松”约束的方法求解钻柱与井壁间的接触摩擦非线性问题 ,并考虑了钻柱与井壁之间摩擦力的影响。在此基础上 ,建立了对弯曲井... 将弯曲井眼中的底部钻具组合作为空间梁处理 ,采用两个力学过程模拟指重表所示的指示钻压。利用“施加”与“放松”约束的方法求解钻柱与井壁间的接触摩擦非线性问题 ,并考虑了钻柱与井壁之间摩擦力的影响。在此基础上 ,建立了对弯曲井眼中的钻柱进行井底实际钻压分析的基本方程及相应的迭代求解格式。通过数值算例和工程算例得出结论 :(1 )由于钻柱与井壁之间存在摩擦 ,井底实际钻压比指示钻压小 ,在工作钻压较大时实际钻压比指示钻压小 1 5%～4 0 % ;(2 )井眼曲率对井底实际钻压的影响较小 ,而钻柱与井壁之间的摩擦系数对实际钻压影响较大 ,因此改善钻井液性能 ,降低摩擦系数十分重要 ;(3 )随着井深的增加 ,井底实际钻压与指示钻压的差值增大 ;若井眼曲率增大 ,实际钻压减小 ,指示钻压越大 ,其减小趋势越大 ;随着摩擦系数增大 ,实际钻压减小的趋势增大。 展开更多

关键词 底部钻具组合 指示钻压 实际钻压 钻头 石油钻井

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适于较大规模边界元法计算的网络集群系统 被引量：1

17

作者 尹欣 姚振汉 程建钢 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2001年第1期43-45,共3页

在普通实验室条件下使用Ｌｉｎｕｘ系统和ＰＶＭ平台，通过局域网建立了一个使用灵活、扩展性强、成本低廉的网络集群并行计算环境．满足了大规模边界元法计算对存储规模和计算速度的要求．使用户只用很小的投资，就能充分利用现有的计... 在普通实验室条件下使用Ｌｉｎｕｘ系统和ＰＶＭ平台，通过局域网建立了一个使用灵活、扩展性强、成本低廉的网络集群并行计算环境．满足了大规模边界元法计算对存储规模和计算速度的要求．使用户只用很小的投资，就能充分利用现有的计算资源，成倍提高计算能力． 展开更多

关键词 大规模工程问题 并行计算 边界元法 网络集群系统

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根据非完整模态信息进行结构动力模型识别 被引量：1

18

作者 郑小平 姚振汉 蘧时胜 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 1995年第10期903-908,共6页

对于复杂结构的振动问题，我们很难给出比较准确的数学模型。本文建立了一种利用非完整模态试验数据来确定结构线性动力模型的识别办法。该方法的主要特点是不需要知道系统的全部模态信息，便可同时地唯一地识别出系统的质量矩阵、阻尼... 对于复杂结构的振动问题，我们很难给出比较准确的数学模型。本文建立了一种利用非完整模态试验数据来确定结构线性动力模型的识别办法。该方法的主要特点是不需要知道系统的全部模态信息，便可同时地唯一地识别出系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵及其他相关参数．我们假定系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵具有实对称性和正定性，并且系统的部分特征值和相应的特征向量已由实验给出，在此基础上利用最小二乘法及迭代修正技术进行系统矩阵及其他相关参数的识别．为了验证方法的可靠性，文中给出了若干构造性算例。 展开更多

关键词 非完整模态信息 结构振动 结构动力模型

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移动接触下求解二维闭合裂纹的双重迭代边界元法

19

作者 蒲军平 王元丰 姚振汉 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2002年第2期132-136,共5页

使用子域边界元法对受移动接触弹性体作用下的二维闭合裂纹问题进行了数值计算。由于两弹性体的接触界面和裂纹表面的接触范围的大小和接触状态事先是未知的 ,对此 ,在两个接触表面同时采用迭代的方法进行了求解。在裂纹的每个裂尖上都... 使用子域边界元法对受移动接触弹性体作用下的二维闭合裂纹问题进行了数值计算。由于两弹性体的接触界面和裂纹表面的接触范围的大小和接触状态事先是未知的 ,对此 ,在两个接触表面同时采用迭代的方法进行了求解。在裂纹的每个裂尖上都采用了四分之一的奇异单元以保证裂尖位移场和应力场奇异性的满足。用我们编制的二维裂纹问题程序对一些中心裂纹问题进行了计算 ,计算结果与经典断裂力学的理论值比较吻合。在无摩擦的条件下 ,对一些具有不同角度且受移动接触弹性体作用下的闭合裂纹问题进行了数值计算 。 展开更多

关键词 边界元 子域法 移动接触 中心裂纹 应力强度因子 断裂力学 二维闭合裂纹 双重迭代

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基于拟应变法的壳单元大变形分析及在冲击动力问题中的应用

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作者 陈丽华 程建钢 +2 位作者 黄文彬 姚振汉 李明瑞 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期23-27,共5页

为了简便有效地解决板壳结构的大变形问题,本文针对八节点相对自由度壳单元进行研究。该单元的位移场由壳的中面节点位移和上表面节点的相对位移组成,不带有转动变量。所有的研究都是基于完全的三维位移、应力、应变场。采用拟应变法,... 为了简便有效地解决板壳结构的大变形问题,本文针对八节点相对自由度壳单元进行研究。该单元的位移场由壳的中面节点位移和上表面节点的相对位移组成,不带有转动变量。所有的研究都是基于完全的三维位移、应力、应变场。采用拟应变法,对应变场另行假设,能够改善该单元在大变形情况下的计算精度。通过引入Wilson非协调模式,构造了大变形情况下的拟应变场表达式,给出了该单元用于解决非线性动力分析问题的有限元求解方程。通过算例表明,本文针对相对自由度壳单元提出的方法及推导的公式,能够解决冲击动力问题中的大变形问题。 展开更多

关键词 相对自由度表示 拟应变法 大变形

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