陈永亮[1]2003年在《广义协调平板壳元研究及其非线性分析》文中提出平板型壳元是一种应用广泛的壳体单元，大多数现行着名商用有限元软件的单元库中都包含有该单元类型，对该类单元的研究也是学术界感兴趣问题之一。根据广义协调元理论构造的平板壳元已经初步显示其在壳体分析方面的优越性，本文旨在进一步构造高性能的广义协调平板壳元，并完善其在线性、非线性问题中的性能，具体完成了以下几方面的工作：1. 推导了广义协调平面膜元GT9的稳定化矩阵，以此对广义协调平板壳元GST18进行了修正，消除了一点缩减积分带来的多余零能模式及沙漏现象；考虑面内大位移，重新推导了广义协调平板壳元GST18几何非线性的UL格式增量求解方程，并通过用户子程序将GST18单元接入商业有限元软件ABAQUS中，通过几何非线性数值算例获得了比商业软件中同类单元更高的精度和效率。2. 推导了单元GST18用于弹塑性分析的有限元增量方程，通过用户子程序接入有限元软件ABAQUS，全面的比较了GST18单元和ABAQUS单元库中的叁角形平板壳元STRI3在弹塑性分析中的表现，包括计算精度、收敛性、对网格方向的敏感性、以及计算效率等，可以看到GST18拥有更高的性能。3. 基于直接假设挠度场和合理剪应变场方法，并采用SemiLoof点协调条件，构造了一个新型叁角形3结点，9自由度的厚薄板通用广义协调元TSL-T9，并用杂交化后处理方法改善了内力解。数值算例表明，单元TSL-T9精度高，收敛性好，无需任何数值技巧便可以自动彻底地消除剪切闭锁现象，对于薄板和厚板都具有优秀的性能。4. 利用经过稳定化处理的广义协调膜元GT9和上述厚薄板通用单元TSL-T9，构造了一个叁角形3结点18自由度的平板壳元GMST18。通过用户子程序将单元GMST18接入ABAQUS，进行了壳体线性和几何非线性分析。结果表明，和现有商业软件和近期文献中单元模型相比，GMST18单元显示了更广泛的适用范围和更佳的性能。5. 根据一阶剪切变形理论，将GMST18单元发展成为新型叁角形复合材料层合壳单元，并利用应力杂交化后处理方法对单元应力进行计算，使单元方便地获得了非常满意的应力分布，特别是横向剪应力分布的解答。
王振[2]2014年在《金属及复合材料薄壁结构非线性数值计算技术研究》文中研究指明高强度合金及复合材料的薄壁结构因具有较高的结构承载效率而广泛应用于航空、航天、航海、汽车等工程领域，薄壁结构的典型设计特征在于计及极限载荷作用下的大位移及大转动引起的几何非线性效应。对薄壁结构进行非线性有限元分析，不仅可以降低结构实验成本、避免实验的盲目性，还可更好地理解外载作用下结构的变形行为及内力变化规律以设计出更安全高效的结构。虽然非线性有限元技术的发展已趋于成熟，但当前商用有限元软件并不能完全满足工程分析高效、精确的要求，因此开展薄壁结构的非线性有限元计算技术的研究具有重要的工程实用价值及学术研究意义。薄壁结构主要以梁、板壳及其组合结构形式出现，在极限载荷作用下一般发生大的位移及大的转动但内部应变较小，除较厚金属薄壁结构可能发生塑性变形外，一般在较大屈曲变形时材料仍处于弹性状态。共旋列式的非线性有限元数值算法可直接将几何线性的有限单元扩展用于大位移、大转动但小应变的非线性响应的分析，且在局部坐标系下可直接采用小变形的材料非线性算法，具有简单、高效的求解技术特征。本文基于共旋列式方法发展了适于金属及复合材料薄壁结构大挠度及非线性屈曲分析的一整套非线性有限元算法技术，研究内容主要包括：1）推导了独立于单元具体列式的共旋算法列式，使得具有相同结点及自由度的单元可以基于相同的共旋列式进行结构非线性分析；针对叁维空间中大转动的不可加特性，给出了适用于梁单元、壳单元在转动任意大的非线性分析中转动自由度的存储及更新公式；建立了非线性有限元方程增量-迭代求解的载荷法、位移法及弧长法等叁种载荷增量步长控制方法的统一公式，使得梁、板壳单元及其组合模型可进行薄壁结构的非线性后屈曲分析。2）基于一阶剪切变形理论，推导了线弹性（各向同性及复合材料层合板）以及弹塑性材料的平板壳元的广义本构矩阵的统一公式；提出了复合材料层合板刚度快速计算的公式，并给出了层合板横向剪切刚度的直接计算公式，从而避免了剪切修正因子；改进了传统的Timoshenko函数法（TBF方法），使之更高效地用于厚薄通用复合材料层合板单元的计算列式；在金属薄壁结构的弹塑性分析中，选择等向强化的Von-Mises屈服准则以及Prandtl-Reuss关联流动法则，基于板壳弹塑性分层理论推导了适于平板壳元以及体壳单元沿厚度方向积分的Newton-Simpson公式。3）基于改进的TBF方法发展了2种新型3结点18自由度的厚薄通用叁角形平板壳元GTS3与OTS3，两单元均可用于金属及复合材料的薄壁结构的弹性大挠度及非线性屈曲分析；单元OTS3还可用于金属薄壁结构的弹塑性大挠度分析及非线性屈曲分析。4）结合改进的TBF方法以及四边形面积坐标方法发展了2种新型4结点24自由度的厚薄通用任意四边形平板壳元QTS4θλ与QTS4，两单元均可用于金属及复合材料层合板的薄壁结构的弹性大挠度及非线性屈曲分析；单元QTS4还可用于金属薄壁结构的弹塑性大挠度分析及非线性屈曲分析。5）发展了一种新型2结点12自由度的空间Timoshenko梁单元TM3，该单元适用于各种截面形状的梁结构的非线性大挠度及非线性屈曲分析；推导了两种适用于大转动分析的梁偏置公式，使得梁壳组合有限元模型可用于加筋板/壳结构的大挠度及非线性屈曲分析。6）发展了一种新型8结点24自由度的体壳单元SolidS8，该单元每个结点仅3个平动位移自由度，可与常规的实体单元直接相连，在分析薄壁结构时在厚度方向一般仅需划分一层网格，可用于金属薄壁结构的弹塑性大挠度及非线性屈曲分析。文中，运用大量数值算例验证了本文发展的各种单元的非线性计算性能与计算效率，并与相关文献以及商用有限元软件中的类似单元作了对比分析，结果表明本文发展的叁角形壳元、四边形壳元、梁单元及体壳单元具有较高的计算精度及计算效率，所发展的各类单元可以组合进行各种薄壁结构的非线性分析。
张福海, 张勇, 刘锡良[3]1997年在《几何非线性有限元分析中一种广义协调平板型四边形壳元》文中提出本文在文献[1][2]的基础上构造了一种广义协调的任意四边形平板型壳元，在Total－Lagrange坐标下，推导了该单元在板壳结构几何非线性有限元分析中全部有限元列式。算例表明，该单元具有自由度少、精度高、收敛快、适应性强等优点，适用于一些复杂形状板壳结构的几何非线性有限元分析。
陈永亮, 岑松, 姚振汉, 龙驭球[4]2003年在《新型广义协调平板壳元厚薄通用性验证及非线性分析》文中提出本文对一种新型的厚薄通用广义协调平板型壳元,TSLT18,进行了进一步的性能测试。首先,通过分析不同厚度的壳体,验证了TSLT18的厚薄通用性:当壳体厚度变化时,单元TSLT18始终保持很高的精度,在实际的中厚、薄板壳问题中,用户不需要根据壳体厚度选择单元类型,使用非常方便。其次,给出单元TSLT18的UL格式有限元增量方程,通过用户子程序接入有限元软件ABAQUS中进行了几何非线性计算,结果表明:单元TSLT18对于几何非线性问题中同样显示了优秀的性能。以上结果连同文[1]的内容证明了单元TSLT18是一类高性能壳体单元。
聂祺[5]2009年在《高层钢筋混凝土结构非线性动力时程分析研究》文中进行了进一步梳理建筑结构在罕遇地震作用下的动力响应长期以来一直是结构抗震研究的重点课题之一,但由于该问题影响因素较多,到目前为止该问题并没有得到很好解决。本文对建筑结构非线性动力时程分析的基本理论和数值方法展开研究,主要研究内容及研究成果如下:1在总结现有混凝土单轴滞回本构模型的基础上,考虑了地震作用下混凝土材料应力路径的复杂性,建立了一种能够考虑复杂应力路径及应力历史影响的混凝土单轴滞回本构模型。该模型分为骨架曲线和滞回规则两部分:对于受压骨架曲线,分别采用曲线型Mander公式和折线型Mander公式两种函数来描述;对于受拉骨架曲线采用两折线模型,对于受压区滞回曲线,采用曲线型Mander模型和直线型两种函数来描述,对于受拉区滞回曲线,采用朱伯龙模型公式和直线型两种函数来描述。从而使得该模型能够随着骨架曲线和滞回规则的调整,退化成为不同的模型,适用于不同计算精度和计算效率要求的建筑结构非线性时程反应分析。同时,该模型能够考虑箍筋约束效应的影响,需要标定的参数较少,能够较好的描述混凝土在反复荷载作用下的单轴非线性力学行为。在总结已有钢筋本构模型优、缺点和适用范围的基础上,本文选用了能考虑Baushinger效应的双线性强化单轴滞回本构模型作为建筑结构非线性时程分析所采用的钢筋本构模型。2以较有影响力的修正压场本构模型和应变强化塑性本构模型为基础,并加以改进,结合本文建立的混凝土单轴滞回本构模型,建立了两种适合模拟剪力墙和楼板的混凝土双轴滞回本构模型。这两种本构模型的优点在于模型参数较少且易于标定,能够在一定信置度水平上预测混凝土材料在复杂应力条件下的非线性力学行为,在一定的计算精度前提下可以满足工程使用要求。3对工程中常见的短肢剪力墙和细长连梁有限元计算模型中现有单元存在的计算精度较差的问题的原因进行了分析,提出了解决问题的具体对策。根据该对策,本文借鉴理性有限元的思想,结合解析试函数方法,利用广义协调元理论,构造了直接建立在直角坐标系内广义坐标型梁式壳元。该单元位移试函数的基函数采用弹性力学平面问题解析解并考虑了短肢剪力墙和连梁的变形模式,所以适合用来作为短肢剪力墙和连梁的单元模型。采用该方法构造的梁式壳元具备高阶位移场描述能力,列式简单、容易实现,当应用到非线性分析中时,能有效的预测短肢剪力墙和细长连梁的剪切破坏,符合高性能壳元的要求。算例表明:梁式壳元的抗畸变性能较好、计算精度较高,该单元的构造较好的解决了短肢剪力墙和细长连梁有限元计算模型这个待解决的工程问题。4采用本文建立的混凝土和钢筋本构模型,分别根据Allman膜元构造方法、龙驭球教授创建的厚薄通用板单元构造理论和本文构造的梁式壳元,建立了适用于不同类型钢筋混凝土剪力墙非线性有限元分析的整体式钢筋混凝土壳元微观模型。在整体式壳元模型中:采用纤维梁元模拟剪力墙中边缘构件;对一般剪力墙采用钢筋混凝土Allman膜元模拟剪力墙墙板的面内刚度,采用厚薄通用板单元模拟剪力墙墙板的面外刚度;对于短肢剪力墙和细长连梁,采用梁式壳元模拟其刚度。由于整体式壳元模型直接基于材料本构模型,所以能够给出剪力墙中混凝土及钢筋的整个非线性发展全过程。为验证该模型,将该模型的分析结果和两片钢筋混凝土剪力墙试件的试验结果进行对比。结果表明:整体式壳元模型能够对弯、剪、压共同作用下钢筋混凝土剪力墙的极限承载力和非线性弯曲、剪切耦合变形进行较为准确的预测,可为工程应用提供合适的数值解。与分层壳元模型、实体单元模型等微观模型相比,该模型自由度少,计算效率高,总计算量较小,在当前的计算机硬件资源的条件下适合作为建筑结构非线性动力时程分析的钢筋混凝土剪力墙单元模型。5建立了建筑结构非线性地震反应分析的叁维空间模型,在空间模型中采用纤维梁元来描述梁、柱、支撑等构件的非线性力学行为,采用整体式壳元模型描述钢筋混凝土剪力墙的非线性力学行为。空间模型能够考虑多维地震动作用下建筑结构的多维地震反应,对结构简化假定较少,计算精度和计算效率都很高。6从算法稳定性、精度、效率和健壮性等性能指标出发,对各种不同的结构动力方程时间积分方法进行了分析,对显式算法、隐式算法的基本思想和特点及在建筑结构非线性动力分析中可能出现的问题进行了对比。在此基础上,提出了一个适合建筑结构在地震动作用下非线性动力响应求解的综合方案。该方案包括重力荷载作用下考虑施工模拟的建筑结构初始应力求解,地震动作用下建筑结构非线性动力响应的隐式求解(广义α法)和显式求解(中心差分法)。以上述模型及理论为基础,编制了建筑结构在地震动作用下非线性动力时程分析程序。通过不同算例对上述模型及算法的适用性和有效性给出了相应的定性结论,可供工程设计人员参考。7针对精细时程积分法对内存资源要求高、计算量较大的问题,将该算法加以改进,以该算法为基础建立了一种新的计算格式,通过矩阵分块算法和改变计算次序,有效的降低了对内存的需求,提高了计算效率。数值算例表明该改进方法的是有效的、适用的。
夏桂云[6]2006年在《预应力混凝土箱梁承载力与裂缝研究》文中研究表明钢筋混凝土／预应力混凝土箱梁易开裂，确定剩余承载力是维修、加固决策的依据。本文对箱梁的结构分析理论、线性与非线性行为、承载力、裂缝等进行了如下研究：1、基于Timoshenko二广义位移梁理论，将其位移解析解作为试函数，建立了无剪切闭锁深梁单元。基于Von-Karman大挠度理论和T．L列式，建立了深梁几何非线性有限元法。参照初等梁的Saafan、Brotton、Fleming理论，建立了深梁几何非线性分析的稳定函数法。2、利用有限条带思想和梁的位移模式，建立了由带旋转自由度的平面应力膜元和中厚板弯曲单元耦合而成的中厚平板壳单元，用此单元分析箱梁结构可考虑拉压、弯曲、剪切、剪力滞、扭转等，再加上闭口箱梁进一步划分子板单元，自动计入了畸变，受力模式比较全面。基于Von-Karman大挠度理论和T．L．列式，建立了中厚壳结构几何非线性分析方法，对多个实例进行了考证。3、基于叁角形薄膜比拟法，建立了一种新的四参数(或五参数)混凝土强度准则，进行了参数标定，预测了混凝土叁轴强度。基于弹塑性理论，根据Hinton模型、Chen-Chen模型、Ottosen模型、本文模型，推导了壳体单元弹塑性本构方程。为使弹塑性本构矩阵满足流动法则和强化准则，提出了标定因子的迭代算法和二分法算法相结合的方法，可精确确定标定因子，也能防止沿加载应力反方向确定标定因子的情况。提出了理想塑性模型残余应力计算校正的比例缩放公式。利用组合式混凝土单元模型，提出了壳体单元中钢筋的处理办法。基于上述理论，建立了混凝土板壳结构材料非线性分析方法。4、编制了计算程序PHDFEM，并用Visual Basic 6.0进行了简单的界面开发。对周世军箱梁试验模型、Duddeck板、Scordelis-Bresler梁、Jofriet-McNeice板进行了承载力与裂缝分析。对广东省韶关市五里亭大桥进行了叁种工况从加载到极限承载力全过程分析，得出了一些重要结论。
万福磊[7]2011年在《建筑结构连续性倒塌数值模拟方法研究》文中研究表明为了进行建筑结构连续性倒塌全过程的力学模拟,针对建筑结构倒塌数值模拟梁壳单元几何、材料、接触叁重非线性且连续介质向非连续介质转化的动力计算问题,系统地研究了非线性动力计算相关的力学原理,提出了能够考虑多重非线性用于连续介质与非连续介质共同作用的质点元方法,建立了一个具有大位移大转动计算能力的梁元模型,研究了具有大位移大转动能力的平板壳元模型和用于初应力施加的动力松弛方法,主要研究内容如下：(1)建筑结构连续性倒塌问题的现状研究。依据建筑结构连续性倒塌现有文献资料,从理论研究现状、规范研究现状、数值模拟现状以及软件应用现状等方面进行了对比分析,总结了建筑结构连续倒塌的研究重点,并针对非线性动力计算问题,分析了材料、几何和接触非线性的研究现状。(2)结构多重非线性计算的力学原理研究。针对建筑结构倒塌材料、几何和接触叁重非线性的力学特点,系统研究和对比了隐式有限元、显式有限元、离散元、显式有限元与离散元耦合等方法的力学实现原理和过程,进而针对建筑结构连续倒塌的力学模拟,分析了各种方法的优缺点和适用性。(3)用于建筑结构倒塌数值模拟的质点元方法研究。提出了用于建筑结构倒塌模拟的质点元方法,该方法以质点运动学为基础,建模过程与通用有限元一致,通过定义广义连接模型、构造连接模型转化法则和建立接触碰撞算法,将显式有限元与离散元统一于相同的计算框架之下,具有效率优先、精度可调的特点,能够用于建筑结构倒塌等强非线性的动力计算。(4)具有大位移大转动计算能力的梁元模型研究。为了数值模拟建筑结构倒塌过程中的梁柱构件,建立了一个具有大位移大转动非线性动力计算能力的显式梁元。该梁元基于更新拉格朗日列式,考虑了转动的不可交换性,选用共旋方法分离单元刚体位移和变形位移,采用欧拉梁假设进行变形位移插值,通过应力更新算法来考虑材料的本构关系,最后开发了显式梁元程序并进行了数值检验,算例表明该梁元力学性能良好,具有一定的工程应用价值。(5)具有大位移大转动计算能力的壳元模型研究。为了数值模拟在结构倒塌过程中的墙板构件,研究了具有大位移大转动计算能力的显式平板壳元,该壳元基于中厚板理论,采用膜元与板元迭加的方式实现,涉及壳元的单元定位方法、质量矩阵的生成方法、稳定时间步长以及单元破坏准则等内容,开发了显式壳元计算程序,并进行了数值检验,算例数值结果表明该显式平板壳元具有较好的计算精度和适用性。(6)动力松弛方法研究。参照隐式有限元刚度阻尼的生成方法,并考虑显式有限元的计算原理,研究了显式有限元通过材料本构实现刚度阻尼的方法；进而针对叁维梁元研究了刚度阻尼系数对稳定时间步长的影响规律,确定了折减系数与阻尼系数和单元特征长度的函数对应关系。数值计算表明,刚度阻尼严重降低稳定时间步长,对于结构显式动力分析不建议采用刚度阻尼,而是采用质量阻尼的方式进行施加。
夏阳[8]2012年在《假设位移拟协调有限元及其在精确几何分析中的应用》文中研究说明有限元是一种重要的数值仿真分析方法,在工业领域中的设计、校核和生命周期检测等多个方面发挥巨大作用,深刻地改变了工业领域的方法和思想。拟协调有限元是有限元中十分重要的一种方法,其特点是同时弱化平衡方程和几何方程,与传统有限元相比更加灵活、有效。拟协调单元广泛应用于多个工业领域,在结构分析,尤其是板壳结构分析中发挥着巨大的作用。因此,对拟协调有限元的研究具有重要的理论研究和工程应用价值。本文以拟协调有限元为研究对象,从单元构造和算法理论等方面进行了研究,主要工作可分为两部分。第一部分结合弹性力学平面问题和板壳问题对拟协调元进行了研究,完善了拟协调有限元的列式框架,建立了系统的单元构造理论和单元性能分析方法,构造了一系列有效的单元,应用到工业领域分析中。通过对拟协调有限元的研究,提出了几何方程中微分算子的弱导数和“泰勒展开校核”收敛性检验方法,强调了有限元中基函数的作用,深化了有限元中“协调性”要求的理解。第二部分,将拟协调有限元推广到精确几何分析领域,提出精确几何拟协调分析方法。该方法不再需要传统的有限元网格,可以由几何模型数据直接进行分析,为下一代的几何设计-有限元分析一体化的仿真分析系统提供有效算法。自主开发了基于几何数据的分析框架,并构造了一系列有效的单元。精确几何拟协调分析从变分原理和逼近空间两个角度,区别于以等几何分析为代表的精确几何分析方法。本文对拟协调元的单元构造方法进行了系统的研究。完善了拟协调有限元中位移场和应变场试探函数的选取规则,强化了位移场和应变场的联系,解决了拟协调有限元中位移形函数的计算问题,便于单元一致质量阵和一致载荷阵的计算,使单元稳定性增强,具有更好的收敛性能。本文对算法理论进行了研究,提出几何方程中微分算子的弱导数,针对有限元中重要的收敛性问题,提出了单元应变的泰勒展开校核方法,可以有效地检查单元的收敛速度。打破了传统有限元中“协调性”等诸多列式禁区,提供了一个统一的、有效的列式准则。将其总结为“假设位移拟协调有限元”方法。按照假设位移拟协调有限元方法,本文构造了一系列结构分析单元,为工业领域应用提供了分析工具。本文构造的平面四边形单元在直角坐标系下直接列式,解决了有限元中长期存在的叁角形单元和四边形单元列式理论不统一的问题。该单元不需要借助于等参坐标和数值积分,具有显式的刚度矩阵,是一个简单、高效的单元。本文将其应用到板材件的一步逆成形分析中,得到比传统四节点等参单元精度更好、效率更高的结果。本文构造的四边形板壳单元具有很好的收敛性,在大量标准算例中与其它着名单元结果进行了对比,证实了其具有较好的实用价值。“精确几何分析”是指利用计算机辅助设计中的几何模型(CAD模型)直接进行仿真分析。精确几何分析中不需要将几何模型转化为有限元网格模型的步骤,相对传统有限元仿真分析,其明显优势在于避免网格划分,融合现有的计算机辅助设计(CAD)和仿真分析(CAE),极大地简化工业设计/分析流程。同时,精确几何分析可以保证分析模型中的几何是精确的,对壳体屈曲分析、飞行器周围流体分析等几何敏感的问题,具有先天的相对传统有限元分析的优势。利用假设位移拟协调有限元,研究精确几何分析问题,提出“精确几何拟协调分析”方法。与等几何分析等其它的精确几何分析方法相比,本方法打破了“等参”的分析框架,采用多项式基函数逼近物理场,充分利用多项式简洁、便于计算的特性。同时仍然采用非均匀有理B样条函数精确地表示几何场,适应精确几何分析要求。利用假设位移拟协调有限元框架,采用应变弱化技术,对位移场和应变场同时进行逼近,并选用完备的逼近函数,提高了单元的精度。利用ACIS几何造型引擎,自主开发了精确几何分析程序框架,可以输入、修改并输出标准的几何模型数据。基于精确几何拟协调分析,实现了一维柱、梁单元,二维平面单元、平板单元等一系列分析模块。精确几何拟协调分析发展了拟协调元的算法理论,为精确几何分析引入了新的技术手段。本文从单元构造框架和单元算法理论等方面发展了拟协调有限元,提出了“假设位移拟协调有限元”和“精确几何拟协调分析”方法,构造了一系列有效的单元并将其应用到工业实践中。本文在单元算法理论、单元构造框架等基础理论问题的研究是对有限元理论的发展,本文在“精确几何分析”方面的工作适应几何设计-仿真分析一体化的要求,具有重要的学术和工业应用价值。
胡平, 夏阳[9]2012年在《拟协调元研究综述》文中研究表明拟协调元是有限元中十分重要的、具有特色的一种列式体系.拟协调元列式简单、灵活,统一了协调元、非协调元等列式方法.在列式中,拟协调元将几何方程和平衡方程同时弱化,并强调基函数在有限元空间中的重要作用;借助对位移和应变离散精度的控制,拟协调元保障了单元的收敛性,并可以利用泰勒展开校核进行简便直接的收敛性分析.研究者们利用拟协调元已经构造了大量的优秀的单元,并广泛地应用到结构问题、流体流动问题、非线性分析、稳定性和破坏分析等方面.这些工作集中体现了拟协调元的理论价值和工程应用价值.对拟协调列式方法、列式理论和已发表文献中的主要拟协调单元进行了总结.最后对拟协调的研究工作进行了展望.
钱振华[10]2010年在《含隔振系统的带基座圆柱壳体的振动振动研究;钱振华》文中进行了进一步梳理潜艇低速航行时,潜艇主辅机的振动是主要的噪声源,其振动通过隔振系统传递到艇体。由于包含隔振系统的实际潜艇结构的复杂性,常规的有限元分析和实验测试成本高、周期长,并且难以在初步设计阶段应用,因此希望建立一种简单有效的方法估算包含隔振系统的带基座圆柱壳体的振动特性。围绕这个目的,本文完成了以下几个方面的工作:1、推导了基于Rayleigh-Ritz原理的高阶平板壳单元和基于有限条法的平板壳单元,比较了高阶元和有限条元在平板、折迭板和带基座壳体的振动分析中的性能,数值算例表明高阶元和有限条元具有很高的精度和收敛速度。2、推导了基于解析试函数的广义协调四边形膜单元和板单元,并用上述两种单元组合成基于解析试函数的广义协调四边形平板壳单元,用双参数法证明了基于解析试函数的广义协调四边形板单元对于中厚板求解问题的解的唯一性和收敛性。数值算例表明基于解析试函数的广义协调四边形平板壳单元比其它同类单元具有更高的精度和计算效率。3、在BLZPACK、FEAST和PARDISO软件包的基础上,用Fortran语言,分别开发了利用分块Lanczos法和基于量子力学密度矩阵的围线积分方法计算特征值的并行程序。数值算例表明这两种方法具有准确和高效的特点。同时,对不同规模的数值算例的计算时间进行比较,初步验证了并行程序的计算效率。4、利用频响函数综合法对内部带有典型浮筏隔振系统的带基座圆柱壳体结构进行建模,并对一个双机组的浮筏隔振系统进行计算,对圆柱壳体结构的基座连接点处的位移和输入到基座上的力进行比较,结果表明频响函数综合具有很好的精度。这为带有复杂内部结构的圆柱壳体结构的振动分析提供了一套思路。5、为了验证频响函数综合法采用实验频响函数数据进行综合的合理性,对一含有内部单层隔振系统的带基座圆柱壳体结构进行了实验研究,其中内部单层隔振系统的振源为加筋板结构,其频响函数由实验测得,带基座的圆柱壳结构采用在前述章节中的有限元单元进行建模得到,结果表明利用含有噪声污染的实验数据进行综合时,频响函数综合法仍然具有一定的精度。这表明频响函数综合法可以方便地处理实验频响函数数据和理论频响函数数据的综合,具有广泛的工程应用前景。
参考文献：
[1]. 广义协调平板壳元研究及其非线性分析[D]. 陈永亮. 清华大学. 2003
[2]. 金属及复合材料薄壁结构非线性数值计算技术研究[D]. 王振. 西北工业大学. 2014
[3]. 几何非线性有限元分析中一种广义协调平板型四边形壳元[J]. 张福海, 张勇, 刘锡良. 建筑结构学报. 1997
[4]. 新型广义协调平板壳元厚薄通用性验证及非线性分析[C]. 陈永亮, 岑松, 姚振汉, 龙驭球. 第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册. 2003
[5]. 高层钢筋混凝土结构非线性动力时程分析研究[D]. 聂祺. 中国建筑科学研究院. 2009
[6]. 预应力混凝土箱梁承载力与裂缝研究[D]. 夏桂云. 中南大学. 2006
[7]. 建筑结构连续性倒塌数值模拟方法研究[D]. 万福磊. 中国建筑科学研究院. 2011
[8]. 假设位移拟协调有限元及其在精确几何分析中的应用[D]. 夏阳. 大连理工大学. 2012
[9]. 拟协调元研究综述[J]. 胡平, 夏阳. 力学进展. 2012
[10]. 含隔振系统的带基座圆柱壳体的振动振动研究;钱振华[D]. 钱振华. 上海交通大学. 2010