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线弹性裂纹扩展问题的复变量无单元Galerkin方法研究

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线弹性裂纹扩展问题的复变量无单元Galerkin方法研究

作者：聂峰华武汉理工大学

学位级别：硕士

无网格方法是一类新兴的数值计算方法,相较于传统的数值计算方法,无网格法在构造形函数时摆脱了单元或网格的束缚,仅需要节点的相关信息,具有适用范围广、精度高等优势。由于不存在网格奇异和畸变等问题,无网格法在解决断裂、大变形、... 详细信息

无网格方法是一类新兴的数值计算方法,相较于传统的数值计算方法,无网格法在构造形函数时摆脱了单元或网格的束缚,仅需要节点的相关信息,具有适用范围广、精度高等优势。由于不存在网格奇异和畸变等问题,无网格法在解决断裂、大变形、弹塑性等问题方面得到了广泛地应用。目前,无网格方法已经成为工程和科学研究者们的研究热点之一,同时也是科学和工程计算发展的趋势。为了解决移动最小二乘法中计算量大、易形成病态矩阵等缺点,复变量无单元Galerkin方法应运而生。这种方法采用基于矢量函数近似的复变量移动最小二乘法,并与无单元Galerkin弱式结合而形成。另外,为了让近似函数具有明确的数学和物理含义,两种改进的复变量无单元Galerkin方法分别被提出,第一种采用了新的泛函来逼近向量函数,第二种则引入了共轭基函数。这类复变量方法均通过降低基函数项数,进而减少试函数中待定系数个数的方式来降低计算成本。裂纹附近非连续场和裂尖奇异场是无网格断裂分析中需要处理的两个基本问题,前者多需引入不连续性准则如可视性准则、衍射法和透射法等,而后者常采用基函数扩展或试函数增强。为了解决多裂纹或分支裂纹的裂尖不连续场,本文引入了一种新的不连续准则即修正权函数法,并对其进行了改进,重新建立修正权函数法的局部坐标系,简化了修正权函数公式的推导过程,并提出了在多裂纹计算域中不同计算点的修正策略和方案,优化了计算过程。计算结果表明修正权函数法能方便地处理多裂纹问题,且具有较高的计算精度。本文将两种改进了的复变量无单元Galerkin方法运用于带裂纹弹性体的断裂力学问题,应用断裂力学问题的Galerkin弱式,采用罚函数法施加本质边界条件,建立了断裂力学的改进的复变量无单元Galerkin方法。通过无网格法中四种处理裂纹不连续场准则来处理裂尖不连续场。分别对单裂纹弹性体及多裂纹弹性体进行了数值分析,给出了裂纹尖端位移场、应力场及应力强度因子并进行了比较。数值结果表明,相较于复变量无单元Galerkin方法,改进的复变量无单元Galerkin方法在计算裂尖的应力场、位移场和应力强度因子时具有更高的计算精度,衍射法和透射法的精度较好于可视性准则,而修正权函数法可以得到精度较高的应力强度因子解,并能较好地拟合多裂纹的裂尖奇异场。目前,国内外研究者们尚未采用过复变量无单元Galerkin方法来处理裂纹扩展问题。本文率先将两种改进了的复变量无单元Galerkin方法运用到线弹性裂纹扩展,并引入裂纹扩展问题的Galerkin积分弱式,给出了裂纹扩展问题的改进的复变量无单元Galerkin方法。介绍了裂纹扩展的条件,裂纹扩展角度的准则及扩展实施流程,分别对二维梁板结构、含裂纹孔洞板进行了裂纹扩展分析,给出了在扩展过程中的裂纹扩展轨迹、应力强度因子变化曲线、节点变形图等,采用不同M积分域、步长及复变量基函数进行计算,所得到的裂纹轨迹与文献相符,表明了本文方法是准确且有效的。

关键词：无网格方法断裂复变量无单元Galerkin方法裂纹扩展应力强度因子

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基于不连续场修正权的无网格断裂分析

固体力学学报 2019年第6期40卷 539-551页

作者：聂峰华李冬明刘斌武汉理工大学土木工程与建筑学院

论文采用不连续场修正权函数法来处理二维无网格断裂力学问题.相较于目前常用的无网格裂纹不连续性处理方案,采用修正权函数处理裂纹附近不连续场时只需要对原权函数进行修正,算法简便易实现.本文基于不连续场修正权函数的无单元Galerki... 详细信息

论文采用不连续场修正权函数法来处理二维无网格断裂力学问题.相较于目前常用的无网格裂纹不连续性处理方案,采用修正权函数处理裂纹附近不连续场时只需要对原权函数进行修正,算法简便易实现.本文基于不连续场修正权函数的无单元Galerkin方法(EFGM),对在边界上施加Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹位移场的斜裂纹板和带直裂纹受剪矩形板进行了数值分析,并与可视性准则、衍射法和透射法等不连续准则对比了裂尖位移场、应力场和应力强度因子解的数值精度,并分析了不同的M积分域尺寸、节点及背景网格等计算参数对裂尖奇异场数值解精度和形函数计算时间的影响.

关键词：不连续场修正权函数不连续性无单元Galerkin法无网格断裂分析

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无网格裂纹不连续场模拟方案的对比分析

武汉理工大学学报 2018年第9期 46-51页

作者：聂峰华李冬明刘斌武汉理工大学土木工程与建筑学院

目前无网格断裂计算中常用的处理裂纹附近场函数不连续性的方法有3种:可视性准则、衍射法和透射法。基于无单元Galerkin法,分别采用上述3种裂纹附近场函数不连续性处理方案,对带I型裂纹方板进行了分析,得到了裂尖附近的位移场、应力场... 详细信息

目前无网格断裂计算中常用的处理裂纹附近场函数不连续性的方法有3种:可视性准则、衍射法和透射法。基于无单元Galerkin法,分别采用上述3种裂纹附近场函数不连续性处理方案,对带I型裂纹方板进行了分析,得到了裂尖附近的位移场、应力场及应力强度因子的数值解。数值结果表明,衍射法在计算裂纹不连续位移场和应力场时精度最高,而透射法在计算应力强度因子时精度最高。

关键词：裂纹附近不连续场可视性准则衍射法透射法无单元Galerkin法

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极限强风荷载作用下输电杆塔节点承载力研究

武汉理工大学学报 2019年第3期41卷 52-56,65页

作者：陈国华杨繁聂峰华武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070 武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室武汉430070

研究了极端强风荷载作用下输电杆塔连接节点的承载力特性。首先基于非线性有限元理论建立了输电塔线体系的分析模型,随后采用随机模拟方法建立了输电塔线体系强风荷载模型和荷载模拟方法及输电塔线体系风致响应的分析方法。进一步地建... 详细信息

研究了极端强风荷载作用下输电杆塔连接节点的承载力特性。首先基于非线性有限元理论建立了输电塔线体系的分析模型,随后采用随机模拟方法建立了输电塔线体系强风荷载模型和荷载模拟方法及输电塔线体系风致响应的分析方法。进一步地建立了输电杆塔连接节点的精细化有限元模型及其承载力的非线性分析方法和非线性迭代收敛准则。以南方沿海地区某实际输电线路为工程背景,研究了极端强风荷载作用下杆塔节点的承载力特性。结果表明:极端强风荷载作用下输电塔发生损伤破坏,此时连接节点处也进入塑性,其承载力也表现出了非线性特点。

关键词：输电杆塔强风荷载杆塔节点承载力非线性性能

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输电线路架空地线股线接触效应研究

武汉理工大学学报 2018年第12期 65-69+82页

作者：邓静伟张宇聂峰华陈波国网江西省电力有限公司电力科学研究院武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室

研究了自重荷载作用下架空地线股线接触效应问题。首先建立了架空地线张力的非线性分析计算方法。基于三维单元建立了地线的精细实体有限元模型,建立了地线股线接触效应的非线性分析方法和非线性迭代收敛准则。以我国南方某架空地线为... 详细信息

研究了自重荷载作用下架空地线股线接触效应问题。首先建立了架空地线张力的非线性分析计算方法。基于三维单元建立了地线的精细实体有限元模型,建立了地线股线接触效应的非线性分析方法和非线性迭代收敛准则。以我国南方某架空地线为实际工程对象,研究了自重作用下地线的股线接触效应并考察了股线参数的影响。相关研究表明:架空地线各股线表现出了明显的接触效应,股线挤压对其内力有一定程度的影响。因此,地线的服役性能评估中有必要建立精细化的分析模型,充分考虑各层股线的相互作用。

关键词：地线自重荷载非线性有限元承载力实体单元

正交各向异性稳态热传导问题的ICVEFG方法

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固体力学学报 2019年第1期40卷 74-81页

作者：谢佳萱李冬明聂峰华陈波武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070 武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室武汉430070

论文将改进的复变量无单元Galerkin方法(Improved Complex Variable Element-free Galerkin method,ICVEFG)应用于求解正交各向异性介质中的稳态热传导问题,提出了正交各向异性稳态热传导问题的ICVEFG方法.采用罚函数法引入本质边界条件... 详细信息

论文将改进的复变量无单元Galerkin方法(Improved Complex Variable Element-free Galerkin method,ICVEFG)应用于求解正交各向异性介质中的稳态热传导问题,提出了正交各向异性稳态热传导问题的ICVEFG方法.采用罚函数法引入本质边界条件,推导了正交各向异性介质中的稳态热传导问题的Galerkin积分弱形式.采用改进的复变量移动最小二乘近似(Improved Complex Variable Moving least-squares approximation,ICVMLS)建立二维温度场问题的逼近函数,推导了相应的计算公式.编制了计算程序,对三个正交各向异性介质中的热传导问题进行了分析,说明了论文方法的有效性.

关键词：无网格方法改进的复变量移动最小二乘近似无单元Galerkin方法改进的复变量无单元Galerkin方法正交各向异性稳态热传导

马铃薯StAVP1基因提高拟南芥抗旱性的功能鉴定

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植物遗传资源学报 2024年

作者：杨文静刘璇崔勇聂峰杰张丽张玉巩檑宁夏农林科学院农业生物技术研究中心宁夏农业生物技术重点实验室宁夏农业技术推广总站宁夏农林科学院固原分院

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是全球第四大粮食作物，挖掘鉴定抗旱基因，是培育抗旱马铃薯新品种的重要途径。马铃薯StAVP1基因参与跨液泡膜物质运输，在植物应对物质运输和非生物胁迫中发挥重要作用。本研究从‘大西洋’马铃薯叶片... 详细信息

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是全球第四大粮食作物，挖掘鉴定抗旱基因，是培育抗旱马铃薯新品种的重要途径。马铃薯StAVP1基因参与跨液泡膜物质运输，在植物应对物质运输和非生物胁迫中发挥重要作用。本研究从‘大西洋’马铃薯叶片中克隆得到编码区全长2301 bp的StAVP1基因，生物信息学分析表明，包含典型的H+焦磷酸酶结构域和13个跨膜结构域，与近缘物种的AVP1蛋白具有较高的序列相似性，预测定位于液泡膜上；组织表达模式分析显示，StAVP1基因在花中表达量最高，块茎中表达量最低；StAVP1稳定过表达拟南芥株系的生物量和根长显著高于野生型，控水干旱胁迫后，过表达StAVP1拟南芥株系叶丙二醛含量显著低于野生型，超氧化物歧化酶、过氧化物酶和脯氨酸含量显著高于野生型；DREB等逆境应答基因表达量显著上调；CoIP试验结果显示，StAVP1与StRAB发生直接互作，且干旱胁迫下StAVP1过表达拟南芥株系中AtRAB基因表达量也显著上调。本研究通过生物信息分析、异源表达表型、生理、基因表达方面功能验证、CoIP互作蛋白分析，表明马铃薯StAVP1基因是马铃薯遗传改良的重要基因来源。

关键词：马铃薯干旱胁迫 StAVP1 表达分析 RAB