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基于弱形式求积元的Timoshenko梁弹塑性分析
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作者 夏飞 伍小平 李鸿晶 《信阳师范学院学报(自然科学版)》 CAS 2010年第4期527-529,536,共4页
应用塑性形变理论,建立了基于弱形式求积元的Timoshenko梁弹塑性分析方程,利用全量初应力矩阵迭代法对方程进行求解.进一步编制了程序对两端固支、横截面分层钢梁进行了弹塑性分析,并与商用有限元软件MIDAS结果进行比较,验证了该方法的... 应用塑性形变理论,建立了基于弱形式求积元的Timoshenko梁弹塑性分析方程,利用全量初应力矩阵迭代法对方程进行求解.进一步编制了程序对两端固支、横截面分层钢梁进行了弹塑性分析,并与商用有限元软件MIDAS结果进行比较,验证了该方法的正确性.研究表明,将弱形式求积元法应用于弹塑性分析,与有限元方法相比,无需细分单元就能得到较为精确的结果;与微分求积法相比,处理材料非线性问题更为灵活、方便. 展开更多
关键词 TIMOSHENKO梁 弱形式求积元法 微分求积法 弹塑性 分层元
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饱和土一维动力响应分析的弱式微分求积元法
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作者 何光辉 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2019年第2期403-411,共9页
基于伽辽金加权残值法,本文首先建立一维饱和土动力学控制微分方程的弱形式,而后分别采用微分求积法和有限元法将其空间坐标离散,得到以土体骨架位移、流体-土骨架相对位移和孔隙流体压力为自由度的单元离散方程,从而采用Crank-Nicolso... 基于伽辽金加权残值法,本文首先建立一维饱和土动力学控制微分方程的弱形式,而后分别采用微分求积法和有限元法将其空间坐标离散,得到以土体骨架位移、流体-土骨架相对位移和孔隙流体压力为自由度的单元离散方程,从而采用Crank-Nicolson法求解.数值算例一方面通过与解析解的对比,验证了离散方程和数值程序的正确性.另一方面,通过地表位移和基底孔隙压力的收敛性分析,检验了求积元和有限元法的收敛效率.数值结果表明:所建立的弱式微分求积法在饱和土动力分析中不仅具有显著优于常规有限元法的收敛效率,而且还具有可变阶的收敛性能,为今后高效率分析提供了一种可能. 展开更多
关键词 多孔介质理论 土动力学 有限元法 弱式微分求积元法 分析效率
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基于高阶剪切变形理论的四边形求积元板单元及其应用 被引量:3
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作者 申志强 夏军 +1 位作者 宋殿义 程盼 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期1093-1103,共11页
近年来由各类新型复合材料或功能梯度材料构成的板结构在工程领域得到了广泛应用,其显著特点是材料性能沿板厚变化.为合理考虑横向剪切应变,许多学者基于Reddy高阶剪切变形理论,构建了不同的有限元单元对该类板结构进行分析,但其中满足... 近年来由各类新型复合材料或功能梯度材料构成的板结构在工程领域得到了广泛应用,其显著特点是材料性能沿板厚变化.为合理考虑横向剪切应变,许多学者基于Reddy高阶剪切变形理论,构建了不同的有限元单元对该类板结构进行分析,但其中满足C^1连续条件的单元相对较少.本文基于Reddy高阶剪切变形理论,采用求积元方法,建立了C^1连续的四边形板单元.利用该单元对均质材料、复合材料、功能梯度材料构成的等厚度矩形板、变厚度矩形板及等厚度斜板的线弹性弯曲和自由振动问题进行了计算分析,并与现有文献中的相应计算结果进行了对比.研究表明:基于高阶剪切变形理论的四边形求积元板单元具有较高的计算效率和良好的适应性,文中各类材料构成的等/变厚度矩形板及等厚度斜板均只需1个单元即可得到理想的计算结果.对于等/变厚度矩形板,可仅使用9×9个积分点,而对于等厚度斜板,随着斜角的增大,所需积分点的数目逐渐增多至15×15.该四边形求积元板单元可进一步用于新型复合材料板的非线性分析. 展开更多
关键词 高阶剪切变形理论 四边形板单元 弱形式求积元法 复合材料板 变厚度板
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考虑杆件初弯曲的网壳弹塑性稳定性的弱形式求积元分析 被引量:3
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作者 汤宏伟 钟宏志 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期165-174,共10页
初始缺陷是影响网壳稳定性的主要因素之一。技术规程建议的一致缺陷模态法综合考虑了结点的位置偏差与杆件的初弯曲,但现有计算方法难于便捷地单独全面体现初弯曲的影响。该文基于几何精确梁理论构造了一种弱形式求积元模型。通过引入... 初始缺陷是影响网壳稳定性的主要因素之一。技术规程建议的一致缺陷模态法综合考虑了结点的位置偏差与杆件的初弯曲,但现有计算方法难于便捷地单独全面体现初弯曲的影响。该文基于几何精确梁理论构造了一种弱形式求积元模型。通过引入纤维模型模拟材料非线性,结合柱面弧长法实现了对空间曲梁结构的弹塑性大位移分析,通过算例验证了提出模型的有效性。该模型构建不需具体指定位移形函数,避免了使用有限元软件中的复杂建模过程。运用该模型计算了几类典型网壳在杆件初弯曲方向随机分布,不同弯曲挠度下的极限承载力。计算结果表明,在现有钢结构生产工艺下杆件初弯曲的缺陷对于网壳稳定性的影响较小,不起控制作用。通过与一致缺陷模态法的计算结果和空间网格结构技术规程计算的承载力进行对比,对规范的承载力计算公式提出了考虑特殊网壳形式及材料屈服强度的改进建议。 展开更多
关键词 几何精确梁 弱形式求积元法 初弯曲 网壳稳定性 弹塑性
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Vibration Analysis of Timoshenko Beams on a Nonlinear Elastic Foundation 被引量:1
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作者 莫怡华 欧丽 钟宏志 《Tsinghua Science and Technology》 SCIE EI CAS 2009年第3期322-326,共5页
The vibrations of beams on a nonlinear elastic foundation were analyzed considering the effects of transverse shear deformation and the rotational inertia of beams. A weak form quadrature element method (QEM) is use... The vibrations of beams on a nonlinear elastic foundation were analyzed considering the effects of transverse shear deformation and the rotational inertia of beams. A weak form quadrature element method (QEM) is used for the vibration analysis. The fundamental frequencies of beams are presented for various slenderness ratios and nonlinear foundation parameters for both slender and short beams. The results for slender beams compare well with finite element results. The analysis shows that the transverse shear deformation and the nonlinear foundation parameter significantly affect the fundamental frequency of the beams. 展开更多
关键词 weak form quadrature element method (QEM) nonlinear foundation VIBRATION Timoshenko beam
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一种修正的切比雪夫积分公式
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作者 钟宏志 盛韵心 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第12期1-6,共6页
数值积分是一种重要的数值计算工具。基于切比雪夫等权系数积分公式,引入区间端部积分点,提出了一种修正的切比雪夫数值积分公式,突破了因实数节点切比雪夫等权系数积分公式阶数不超过9而在实际应用中受到的限制,也因增加了端点使其能... 数值积分是一种重要的数值计算工具。基于切比雪夫等权系数积分公式,引入区间端部积分点,提出了一种修正的切比雪夫数值积分公式,突破了因实数节点切比雪夫等权系数积分公式阶数不超过9而在实际应用中受到的限制,也因增加了端点使其能够运用于弱形式求积元分析。经过在积分计算和梁杆的线性与非线性问题弱形式求积元分析中的应用,并与求解问题的精确解及采用洛巴托积分的结果进行对比,证明了所提出的修正的切比雪夫积分公式的准确性和有效性。 展开更多
关键词 数值积分 弱形式求积元法 修正的切比雪夫积分公式 切比雪夫等权积分 洛巴托积分
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软粘土弹塑性大变形的求积元法分析(英文) 被引量:1
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作者 Shuai YUAN Hong-zhi ZHONG 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第12期942-957,共16页
目的:考虑几何非线性及非达西渗流对软粘土固结的影响,提出一种大变形固结问题的求积元求解列式,以提高数值方法的计算精度及计算效率。通过数值算例研究几何非线性及非线性渗流定律对软粘土固结的影响,为工程实际提供参考。创新点:1.... 目的:考虑几何非线性及非达西渗流对软粘土固结的影响,提出一种大变形固结问题的求积元求解列式,以提高数值方法的计算精度及计算效率。通过数值算例研究几何非线性及非线性渗流定律对软粘土固结的影响,为工程实际提供参考。创新点:1.提出一种大变形固结问题的高阶数值求解方法;2.在固结问题求解中同时考虑几何非线性及非线性渗流定律。方法:1.基于初始构型,采用完全拉格朗日格式,建立大变形固结问题求解列式;2.基于变形梯度乘法分解,得到大变形条件下的土体本构模型;3.基于指数关系的渗流定律,建立渗流连续性方程;4.通过数值算例验证方法,研究几何非线性及非达西渗流对软粘土固结的影响。结论:1.所建立的求积元方法的收敛速度要远远快于有限元法,降低了问题计算规模;2.在小变形条件下,最终沉降随外荷载线性变化,而在大变形条件下,随着载荷的增大,沉降相对于小变形条件有所降低;3.当考虑非达西渗流定律时,软粘土的固结速率随着非达西渗流参数的增加而降低。 展开更多
关键词 弱形式求积元法 大变形弹塑性固结 软粘土 变形梯度乘法分解 非达西定律 比奥固结
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一种非等阶积分的求积元孔压单元(英文)
8
作者 Shuai YUAN Hong-zhi ZHONG 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第7期521-533,共13页
目的:在对土体固结问题进行求解时,如果对孔压和位移采用等阶积分,当时间步长取值很小时,得到的孔压结果会出现数值振荡,导致精度降低。本文提出一种非等阶积分的求积元孔压单元,致力于减小孔压振荡,提高单元稳定性和计算精度。创新点:1... 目的:在对土体固结问题进行求解时,如果对孔压和位移采用等阶积分,当时间步长取值很小时,得到的孔压结果会出现数值振荡,导致精度降低。本文提出一种非等阶积分的求积元孔压单元,致力于减小孔压振荡,提高单元稳定性和计算精度。创新点:1.建立了一种对于孔压和位移采用不同阶积分的求积元复合单元;2.有效降低了小时间步长引起的孔压振荡。方法:1.通过求积元法对弱形式控制方程进行数值积分,并对比奥固结方程中的位移项和孔压项采用不等阶积分;2.通过拉格朗日插值获得位移点上的孔压和孔压点上的位移值;3.通过一维及二维问题的数值算例,验证所建立方法的有效性。结论:1.通过采用复合求积元单元,大大降低了孔压的数值振荡;2.应用复合求积单元时,采用二阶精度的Crank-Nicolson积分格式不会产生随时间的孔压振荡;3.本文所建立的单元可以大大提高固结问题求解的数值计算精度和计算效率。 展开更多
关键词 弱形式求积元法 不等阶积分 孔压振荡 固结分析
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软芯三明治梁受移动点载荷作用的动力响应
9
作者 梁啸宇 王鑫伟 王宇 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期544-550,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 工程力学 软芯三明治梁 弱形式求积单元法 移动点载荷 高阶三明治梁理论
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动力固结问题的弱形式求积元分析
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作者 王东 袁帅 +2 位作者 张森豪 司晓东 周容名 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2020年第2期222-226,共5页
弱形式求积元法是一种新型的高阶方法,已经在岩土及结构分析中取得了成功的应用,本文对该方法进行进一步的发展和完善,将其应用于饱和土动力固结分析.首先基于Biot饱和土波动理论框架,以孔隙水压力和土体骨架位移为基本控制变量,建立饱... 弱形式求积元法是一种新型的高阶方法,已经在岩土及结构分析中取得了成功的应用,本文对该方法进行进一步的发展和完善,将其应用于饱和土动力固结分析.首先基于Biot饱和土波动理论框架,以孔隙水压力和土体骨架位移为基本控制变量,建立饱和土波动问题控制方程弱形式描述,然后应用Lobatto积分和微分求积法进行数值积分和数值微分并采用Newmark方法进行时域逐步积分,建立饱和土波动问题求积元法求解列式.通过数值算例验证了本文方法的正确性,显示了方法的计算效率. 展开更多
关键词 弱形式求积元法 饱和土 Biot动力固结理论
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渗流问题的弱形式求积元分析
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作者 袁帅 钟宏志 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期257-262,共6页
对于渗流问题的研究在很多领域有着广泛的应用,工程中通常采用有限元法对其进行数值求解,这往往需要耗费较大的计算资源从而限制了其计算规模。弱形式求积元法是一种简单和高效的数值方法,该方法基于问题弱形式描述,可对全域进行高阶近... 对于渗流问题的研究在很多领域有着广泛的应用,工程中通常采用有限元法对其进行数值求解,这往往需要耗费较大的计算资源从而限制了其计算规模。弱形式求积元法是一种简单和高效的数值方法,该方法基于问题弱形式描述,可对全域进行高阶近似,具有较快的收敛性,在结构分析领域已有广泛的应用。将弱形式求积元法应用于渗流问题的求解,分析了二维及三维渗流问题,包括承压渗流和无压渗流;对于无压渗流,采用变网格方法,使用积分点位置的多项式插值来近似表示自由面。求解了数值算例并得到了与解析解或者文献解一致的结果。结果表明:与有限元法相比,弱形式求积元法使用较少的自由度就可以得到收敛的结果,显示了弱形式求积元法在渗流分析中的有效性。 展开更多
关键词 弱形式求积元法 渗流 混凝土坝 挡水板 渗流自由面
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