线弹性浅壳模型和板模型的有限元方法

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:inc9649
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
板和浅壳作为弹性壳体的一部分,在土木、航空和机械等工程领域中具有广阔的应用前景。通过对已有文献的查询,Ciarlet在90年代提出了线弹性夹紧板模型和浅壳模型,但目前还没有关于数值方面的研究。因此本文分别对夹紧板模型和浅壳模型提出了有效的数值方法,为壳体结构的研究提供了可行的优化算法。研究工作的主要内容如下:(1)针对二维线弹性夹紧板模型首次提出了协调有限元方法。基于位移三个分量的不同正则性,采用线性Lagrange元离散位移的前两个分量,Hsieh-Clough-Tocher(HCT)元离散第三个分量。进一步证明了数值解的存在性和唯一性,以及不依赖于网格步长的收敛性。最后对圆板进行数值实验,通过实验结果进一步验证了数值方法的稳定性以及模型的有效性。(2)针对二维线弹性夹紧板模型首次提出了非协调有限元方法。即位移的前两个分量用线性Lagrange元离散,第三个分量用Morley元进行离散。接着,分析了在非协调元下数值解的存在性和唯一性,并根据Aubin-Nitsche引理研究了数值解的先验误差估计。最后分别对矩形板和圆板进行数值模拟,验证理论分析的准确性。(3)针对二维线弹性浅壳模型首次提出了协调有限元方法逼近位移的三个分量,分析数值解的存在唯一性和收敛性。最后通过抛物面来模拟施加荷载之后位移的形变过程,验证数值算法是稳定的、有效的。(4)针对二维线弹性浅壳模型提出了通用的非协调有限元方法来离散位移分量。具体地说,分别用线性P1元和双线性P1元来离散位移的前两个分量,Morley三角形元、Zienkiewicz三角形元、Fraeijs de Veubeke三角形元、Specht三角形元、矩形Morley元和ACM元来离散第三个分量。接着,分析了数值解的存在性和唯一性并证明了它们在能量范数之下有相同的收敛阶。最后,对抛物面、球形穹顶和圆柱面进行了数值实验,结果很好地描述了受力时的形变。此外,数值实验也表明,离散浅壳模型的计算复杂度明显低于离散Koiter壳。
其他文献
随着对各类水域的开发利用和保护,相关的人的活动和水上工程的建设都越来越和冰息息相关。冰的形成和破坏对人身安全和工程的安全都产生了很大的影响,因此对冰的破坏开展研究具有重要的应用价值。另外,由于冰对地理环境条件非常敏感,地理环境因素不同,冰的物理和力学性质有很大差异,对冰断裂的研究尚未形成普适的理论和结论。本文将对淡水冰的断裂韧度和破坏形式进行较为系统的研究。第一部分:详细阐述了人造淡水冰制备过程。
石墨烯是一种由单层碳原子组成的蜂窝状六边形周期性结构,这种独特的结构使其具有优异的电学性能和热学性能,同时赋予其极高的抗拉强度和杨氏模量,在传感器、复合材料、太阳能电池、晶体管等多个领域都有潜在应用。而在研究石墨烯的过程中,由发面性质引起的团聚问题,极大地限制了石墨烯优异性能的发挥,为此本课题将金属负载在石墨烯表面以防止石墨烯团聚,希望获得综合金属和石墨烯两者优异性能的复合粉体,同时用第.性原理模
常微分方程反问题广泛存在于物理科学、生物科学、化学科学、工程和其它许多领域,有关它的求解一直是理论和应用研究的热点.本文以常微分方程领域存在的反问题为主要研究背景,以优化理论的思想方法为研究基础,从普遍意义出发,对常微分方程的一类反问题进行系统的分析研究.重点研究常微分方程反问题的数值求解方法,给出了改进的Gauss-Newton法和Levenberg-Marquardt法、最佳摄动量算法、变分伴
具有约瑟夫森效应的高温超导异质结在量子干涉器、太赫兹源及检测器等领域具有广泛的应用前景。目前高温超导异质结的制备存在中间过渡层厚度难以达到要求、重复性低、制备过程中结合的刻蚀法对薄膜性能有损伤等问题。因此,研究一种对超导约瑟夫森结性能无损且使中间层厚度达到要求的方法是十分有必要的。本文采用感光sol-gel法制备YBa2Cu3O7-δ/Bi2Sr2Ca1Cu2O8-δ(YBCO/Bi-2212)超
自然界中的所有流体都具有一定的粘性,由于粘性影响着流体流动的形态与性质,所以粘性的存在给流体流动的数学描述和处理带来了很大的困难.在研究水流现象一类问题时,密度的变化可以被忽略,因此通常情况下便把液体看作不可压缩流体.对很多流体力学问题的求解,本质上都是求解偏微分方程问题,其自身的复杂程度使得有限元通近达不到理想的精度.自适应网格方法利用自身类似人脑的智能优势,自己判断增加、删除或移动网格节点来调
柔性壳理论是弹性壳体理论中的一个重要研究方向,应用领域非常广泛,特别是在航空工程、生物医学、土木建筑以及核能工业等领域。基于Koiter弹性薄壳理论,1996年,Ciarlet团队第一次提出柔性壳的概念,并给出了当壳体厚度趋于零时二维模型逼近三维方程的证明。而在壳体模型的数值计算方面,讨论最多的依旧是有限元法,因此,本文对柔性壳模型构造了一种协调有限元方法。对复杂模型进行求解时,由于局部区域的奇异
TiO2压敏陶瓷以压敏电压低、介电常数高、制备工艺简单等诸多突出优点,在低压领域常被用作过电压保护和浪涌吸收器。其烧结方法通常采用传统固相法。但由于传统烧结温度过高,不仅会造成晶粒异常长大,还会引起一些低熔点添加剂的大量挥发,使材料性能恶化。而电场辅助烧结(简称闪烧)是近年来开发的烧结技术,其烧结温度低,烧结时间短,陶瓷颗粒均匀、细化,是一种高效节能的制备陶瓷新工艺。为此,本文采用电场辅助烧结技术
碳化硅(SiC)晶片是制备SiC电力电子器件的衬底,但是目前制备SiC晶体所用的SiC粉料都普遍含有B、V、Al、Cu及Fe等杂质,从而影响生长SiC晶体的品质,制约了 SiC器件的开发。因此,研究高纯度SiC粉料的制备技术显得尤为迫切和重要。本文采用一次分段合成法研究了工艺参数对硅粉和碳粉合成高纯α-SiC粉的影响,主要研究了温度、时间、压强、Si/C摩尔比以及坩埚结构对合成粉料的晶型、粒径和纯
由于纠错码可以有效降低信息在传输过程中的误码率,进而提高通信系统的可靠性,因此纠错码在编码理论中具有重要的地位。目前,随着对纠错码理论不断深入的研究,有限域上的纠错码已经在军事、经济、政治等领域有着广泛的应用。MDS自对偶码是一类最优的线性码,与密码学、量子通信以及组合设计等领域有着密切的联系,因此构造参数最优的MDS自对偶码是当前编码理论的一个重要研究内容。目前,构造MDS自对偶码应用的数学工具
地下水是水资源的重要组成部分,目前对地下水的超采引发了诸如地面沉降、海水入侵等生态环境问题,制约水资源的可持续发展。近年来,国家对地下水超采综合治理及压采效果评估工作予以高度重视。本文以地下水超采综合治理重点地区邢台市为研究区域,在分析历年地下水变化特征及其影响因素基础上,构建基于地下水模拟系统(Groundwater Modeling System,GMS)的地下水数值模拟模型,根据多因素影响及