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基于非协调广义部分混合元的层合板边界效应分析

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复合材料学报 2022年第8期39卷 4172-4178页

作者：王燮卿光辉中国民航大学航空工程学院天津300300

就层合板的自由边界效应分析而言,采用位移实体单元获得的结果通常无法保证面外应力满足层间的连续要求,并且表面的面外应力值与实际状态不符,数值结果精确性低。本文基于非协调广义混合变分原理,提出了非协调广义部分混合元,对不同铺... 详细信息

就层合板的自由边界效应分析而言,采用位移实体单元获得的结果通常无法保证面外应力满足层间的连续要求,并且表面的面外应力值与实际状态不符,数值结果精确性低。本文基于非协调广义混合变分原理,提出了非协调广义部分混合元,对不同铺层的层合板模型进行了自由边界效应分析。利用非协调广义部分混合元可同时引入位移和应力边界条件、同时求解位移和面外应力的特点,使用较少的计算成本,获得了自由边界处更精确的面外应力结果。实例证明,在网格较稀疏的情况下,非协调广义部分混合元有效地捕捉了面外应力在自由边界附近的高应力梯度特性,同时有关奇异性的精确度明显优于文献的结果。

关键词：层合板自由边界效应非协调广义混合元有限元法面外应力

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基于混合元的变刚度层合板静力学分析

工程力学 2024年第3期41卷 19-25页

作者：杨立洲卿光辉中国民航大学航空工程学院天津300300

针对变刚度层合结构,大多采用板壳理论或常规的位移有限元法分析其力学行为。相较位移元,非协调广义部分混合元同时引入位移和应力边界条件,提高了应力结果精度,且边界应力更符合真实情况。扩展了纯弹性体的非协调广义部分混合元理论,... 详细信息

针对变刚度层合结构,大多采用板壳理论或常规的位移有限元法分析其力学行为。相较位移元,非协调广义部分混合元同时引入位移和应力边界条件,提高了应力结果精度,且边界应力更符合真实情况。扩展了纯弹性体的非协调广义部分混合元理论,提出适用于变刚度层合结构修正的非协调广义部分混合元模型。与ABAQUS计算结果对比证明,即使在网格较稀疏的情况下,该文方法也具有较好的适用性,且数值结果精确度高。通过算例分析了纤维铺设角度的变化对变刚度层合板平面内位移场的影响,可为变刚度结构的设计提供一定的思路。

关键词：变刚度结构层合板非协调广义混合元有限元法静力学分析

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基于非协调广义混合元的含孔平板应力分析

科技风 2020年第20期 193-196页

作者：姚玉喆卿光辉王绍波中国民航大学航空工程学院天津300300

首先,根据广义H-R变分原理建立了用于分析二维平面问题的非协调广义混合元。然后,应用该混合元对中心含孔平板的应力及应力集中系数等问题进行了详细的分析,并与二维的非协调位移元的结果进行了比较。在有限元模型相同的情况下,非协调... 详细信息

首先,根据广义H-R变分原理建立了用于分析二维平面问题的非协调广义混合元。然后,应用该混合元对中心含孔平板的应力及应力集中系数等问题进行了详细的分析,并与二维的非协调位移元的结果进行了比较。在有限元模型相同的情况下,非协调广义混合元的结果精度明显优于常规的非协调位移元。另一方面,为了回避混合元法要求计算机内存空间较大的问题,提出了结构的局部区域非协调广义混合元方法。数值实例表明,局部区域非协调广义混合元方法是可靠的。

关键词：有限元方法广义混合元非协调广义混合元含孔平板应力集中系数

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基于广义混合元加筋板的振动特性分析

力学与实践 2021年第2期43卷 219-226页

作者：陈秀涛卿光辉中国民航大学航空工程学院天津300300

在网格较稀疏的情况下,采用位移元分析加筋板的振动特性问题时,模型的刚度偏硬,因而数值结果的误差较大。本文首先提出了考虑结构振动特性的广义混合变分原理,在此基础上建立了六面体非协调广义混合元的无阻尼自由振动特征方程。从理论... 详细信息

在网格较稀疏的情况下,采用位移元分析加筋板的振动特性问题时,模型的刚度偏硬,因而数值结果的误差较大。本文首先提出了考虑结构振动特性的广义混合变分原理,在此基础上建立了六面体非协调广义混合元的无阻尼自由振动特征方程。从理论上讲,非协调广义混合元的刚度矩阵相对于非协调位移元的刚度矩阵较柔,因此数值结果更加接近实际结构的真实解。数值实例分析表明,在有限元模型相同的情况下,非协调广义混合元模型的固有频率结果更准确。另一方面,非协调广义混合元模型的固有振型与非协调位移元模型的固有振型的一致性进一步证明了本文方法的正确性。

关键词：非协调位移元非协调广义混合元加筋板固有频率固有振型

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复合材料脱层前缘能量释放率的研究

复合材料脱层前缘能量释放率的研究

作者：胡景扬中国民航大学

学位级别：硕士

复合材料在运输和使用过程中,往往会受到各种载荷以及环境的影响,可能导致裂纹或脱层损伤。结构的裂纹和脱层会严重影响复合材料的性能和寿命。能量释放率是断裂力学中的一个重要断裂参数,是判断裂纹或脱层扩展与否的力学量。因此,准确... 详细信息

复合材料在运输和使用过程中,往往会受到各种载荷以及环境的影响,可能导致裂纹或脱层损伤。结构的裂纹和脱层会严重影响复合材料的性能和寿命。能量释放率是断裂力学中的一个重要断裂参数,是判断裂纹或脱层扩展与否的力学量。因此,准确预测含裂纹或脱层复合材料结构的能量释放率具有重要工程意义。非协调广义混合元法可同时引入位移边界条件和应力边界条件,且避免了传统混合法对角线上存在零元素会导致求解不稳定的弊端,因此与位移有限元法比较,非协调广义混合有限元模型更加理性客观。另一方面,该方法与位移有限元法可共享求解器,数值结果稳定。从理论上讲,通过非协调广义混合元法求得的位移、应力和节点力的数值结果精确度会更高。所以,将非协调广义混合法与虚拟裂纹闭合技术融合,提出了基于非协调广义混合元的虚拟裂纹闭合技术(NGME-VCCT),用于预测二维裂纹结构和含脱层的复合材料层合结构的能量释放率。数值算例包括:三点弯曲问题、斜裂纹问题、含有中心裂纹以及双边裂纹的双材料问题、复合材料层合梁问题和复合材料层合板问题。数值结果分析表明,基于非协调广义混合元的虚拟裂纹闭合技术方法适用于均匀材料结构与复合材料结构的能量释放率求解,并对层合结构的不同铺层形式具有良好的适应性。该方法具有收敛速度快和数值结果稳定可靠等优点。在有限元网格模型相同的情况下,基于非协调广义混合元的虚拟裂纹闭合技术方法的能量释放率结果精度优于基于非协调位移元的虚拟裂纹闭合技术方法。本文将非协调广义混合元法与虚拟裂纹闭合技术融合,扩展了能量释放率的求解方法,具有重要的实用价值。

关键词：断裂力学虚拟裂纹闭合技术非协调广义混合元能量释放率复合材料

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基于广义混合元的加筋结构振动分析

基于广义混合元的加筋结构振动分析

作者：陈秀涛中国民航大学

学位级别：硕士

目前,位移有限元法是分析加筋结构振动问题的主流方法。然而,大量试验和数值实例表明:在网格较稀疏的情况下,使用一般位移元法分析加筋结构的振动问题,会导致模型的刚度比真实模型偏硬,从而使得有限元模型的数值结果误差较大。因此,提... 详细信息

目前,位移有限元法是分析加筋结构振动问题的主流方法。然而,大量试验和数值实例表明:在网格较稀疏的情况下,使用一般位移元法分析加筋结构的振动问题,会导致模型的刚度比真实模型偏硬,从而使得有限元模型的数值结果误差较大。因此,提出一种精度高、稳定性好以及收敛快的加筋结构动力学问题的分析方法,是一项具有积极意义的工作。本文首先提出了考虑结构自由振动特性的广义混合变分原理。在此基础上,建立了六面体非协调广义混合元的自由振动特征方程。基于该方程,对加筋结构的动力学问题进行分析,验证了非协调广义混合元的可靠性、准确性以及适用性。从理论上讲,由于非协调广义混合元充分考虑到结构单元间的内部相互作用力,给模型刚度增加了一定的柔度,使得非协调广义混合元的刚度矩阵比非协调位移元的刚度矩阵更柔。所以,非协调广义混合元的数值结果更加接近结构的真实解。多个实例证明,在有限元网格模型相同的情况下,非协调广义混合元法的固有频率以及动位移结果,比非协调位移元法的结果更加准确。另一方面,非协调广义混合元法的固有振型与非协调位移元法的固有振型的一致性进一步证明了本文方法的正确性。

关键词：非协调位移元非协调广义混合元加筋结构固有频率固有振型动位移

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两种广义混合元修正参数的研究

两种广义混合元修正参数的研究

作者：杨耀文中国民航大学

学位级别：硕士

首先对前人关于广义H-R（Hellinger-Reissner）变分原理以及相应的有限元方法的工作进行了回顾,然后通过对最小势能原理以及H-R变分原理的分析,引入参数将二者有机得结合在一起,得到了形式更为简洁的广义变分原理。无论是基于经典的广... 详细信息

首先对前人关于广义H-R（Hellinger-Reissner）变分原理以及相应的有限元方法的工作进行了回顾,然后通过对最小势能原理以及H-R变分原理的分析,引入参数将二者有机得结合在一起,得到了形式更为简洁的广义变分原理。无论是基于经典的广义变分原理还是本文的广义变分原理所得到的非协调广义混合元或非协调广义辛元,参数的取值对数值结果的精度都有较大的影响,网格划分得越稀疏,数值结果对参数值的敏感程度越高,因此合理可靠的参数值的确定是无法回避的问题。在模型网格划分相同的情况下,数据结果表明,不论是根据中值法还是谱条件数法所选取的参数值,均不能使得数值结果的精度达到最高。实际上,本文的多个算例表明,参数越接近1.0,数值结果精度越高。主要原因是参数值越接近1.0时,系统的应变能密度与余能密度越接近相等。为了进一步得改善数值结果的精度,根据调节模型中应变能与余能比例的思想建立了含修正参数的广义变分原理及与之相应的广义混合元和广义辛元。最后,计算了多个不同类型的数值算例,结果表明:当通过调整修正参数的取值使之满足应变能与余能相等的条件时,广义混合元和广义辛元的位移和应力结果得到了明显的改善。从而验证了该参数确定准则的广泛适用性与准确性。应变能与余能相等的参数确定准则以及含修正参数的广义混合元和广义辛元是本文的主要创新点,不仅拓展了混合有限元理论,同时还为混合元方法的应用提供了新的理论基础。

关键词：非协调广义混合元非协调广义辛元参数分析含修正参数的广义混合元含修正参数的广义辛元

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基于广义混合元的加筋圆柱壳振动特性分析

结构工程师 2022年第4期38卷 1-8页

作者：童瑶陈秀涛上海飞机设计研究院上海201206 中国民航大学航空工程学院天津300300

采用有限元位移法分析加筋圆柱壳的自由振动特性问题是主流的方法,但大量试验和数值实例表明:位移元模型会导致模拟刚度偏硬,从而使得结构固有频率结果不够精确。针对这一现象提出了柱坐标系下的广义混合变分原理,并建立了相应的非协调... 详细信息

采用有限元位移法分析加筋圆柱壳的自由振动特性问题是主流的方法,但大量试验和数值实例表明:位移元模型会导致模拟刚度偏硬,从而使得结构固有频率结果不够精确。针对这一现象提出了柱坐标系下的广义混合变分原理,并建立了相应的非协调广义混合元的无阻尼自由振动方程。通过合理地调节参数,使得非协调广义混合元的刚度矩阵比非协调位移元的刚度矩阵柔和。实例分析表明,在有限元网格模型一致的情况下,结构的固有频率结果更加准确。

关键词：非协调位移元非协调广义混合元加筋圆柱壳固有频率固有振型

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含孔复合材料层合板的应力集中分析

中国民航大学学报 2019年第5期37卷 55-59页

作者：卿光辉王绍波中国民航大学航空工程学院

由于复合材料层合板壳结构力学行为的特殊性,目前还没有计算含孔结构应力集中系数的精确解。因此,通常采用试验或有限元精细网格模型等数值方法来分析此类问题。基于增强应变理论,从广义H-R变分原理出发,提出一种新的非协调广义混合元... 详细信息

由于复合材料层合板壳结构力学行为的特殊性,目前还没有计算含孔结构应力集中系数的精确解。因此,通常采用试验或有限元精细网格模型等数值方法来分析此类问题。基于增强应变理论,从广义H-R变分原理出发,提出一种新的非协调广义混合元列式。然后建立了非协调广义混合模型,计算含孔复合材料层合板的应力集中系数。数值结果表明,非协调广义混合模型所得应力结果精度高、可靠性好,具有广泛的适用性。

关键词：复合材料广义H-R变分原理非协调广义混合元应力集中系数