【摘 要】
:
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
【基金项目】
:
国家自然科学基金(编号:11571275,11971379);
论文部分内容阅读
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性会导致解误差变得很大,而利用自适应网格法进行计算时,在解变化较剧烈的区域网格自动进行加密,而在解平缓的区域网格相对较粗。因此,本文对柔性壳模型也给出一种自适应网格计算方法。本论文主要工作如下:(1)利用有限元法耦合罚方法对柔性壳模型进行数值计算和分析。首先,给出柔性壳模型解的存在性与唯一性定理的证明;其次,由于在函数空间(?)F(ω)中的积分区域ω上存在一个约束条件γαβ((?))=0,难以构造离散子空间,因此先用罚方法处理变分问题,再利用协调有限元方法离散位移变量,并给出离散问题解的存在性、唯一性和收敛性证明;最后,对圆锥壳和圆柱壳进行数值模拟和分析,验证该方法的稳定性与有效性。(2)基于罚方法处理后的柔性壳模型,利用自适应网格方法对其进行数值计算和分析。以残差型后验误差估计指示子为基础,根据Dorfler准则和最新顶点二分法网格加密原则,给出了自适应网格算法。基于此算法,对圆锥壳进行数值模拟和分析。实验结果表明,与一致加密网格相比,自适应网格法可以在解变化较剧烈的地方自动加密网格,并在计算量小的情况下获得高精度的解,实验结果验证了自适应网格方法对柔性壳模型的稳定性与有效性。
其他文献
ZnTe因其优异的光电性质,在蓝绿光器件、太阳能电池等领域应用前景广阔。本文基于第一性原理,研究了不同浓度A1和Sb掺杂对ZnTe光电性能的影响,分别得到了导电类型为n型和p型的ZnTe材料,通过掺杂调控ZnTe材料的带隙及光吸收强度改善其光电性能,对于制作更高效的ZnTe基p-n结及CdTe薄膜太阳能电池背接触层具有重要理论价值。研究内容如下:1.计算了本征及不同浓度A1掺杂ZnTe的电学性质。
云天大气温湿度廓线的获取对于分析气候变化及指导人工影响天气作业具有极大的意义。目前常用的进行大气温湿度廓线连续观测的地基仪器有微波辐射计和拉曼激光雷达。而微波辐射计在云天具有反演精度低、分辨率不足等问题,拉曼激光雷达在云天具有信号衰减大、探测高度有限等限制。为弥补上述观测手段的限制与不足,发挥不同仪器的优势,获得云天条件下的高精度大气温湿度廓线,本文进行了拉曼激光雷达与微波辐射计数据的高精度反演与
细菌是河流生态系统的重要组成部分,在调控生物地球化学循环和维持生态系统功能方面起重要作用,研究细菌的空间分布格局和成因将有助于我们对河流生态系统进行合理的管理和功能调控。黄河作为我国第二大河流,是西北和华北地区最重要的水源地,具有独特的淡水河流生态系统,在这种特定的自然地理条件下,其细菌群落的生物地理分布及其驱动因素可能有其特殊性。然而,目前关于黄河干流全流域开展的相关研究较少,仅部分河段或区域有
轴向运动圆柱壳广泛应用于航空航天领域,而一般材料无法适用于该领域的高温工作环境,功能梯度材料凭借其优良的热机性能克服了一般材料不耐高温的缺点,成为了该领域新的发展趋势。因此,本文运用绝对节点坐标法分析变速轴向运动功能梯度圆柱壳的动力学特性。主要工作如下:1.功能梯度圆柱壳的振动特性分析。运用绝对节点坐标法建立了功能梯度圆柱壳单元,得到圆柱壳中面上任一点的绝对位置矢径的表达式,并用其表示出应变和曲率
脆性破坏时裂纹扩展路径对构件安全性有着非常重要的影响,而在含有缺陷的构件中,裂尖与缺陷之间的相互作用非常复杂,这使得以裂尖应力场来确定裂纹扩展路径变得很困难。本论文基于相场断裂方法,针对两种典型的脆性断裂,脆性材料的破坏和铁素体钢的准解理破坏,研究了方孔对裂尖应力强度因子的影响。首先,针对Ⅰ-Ⅱ复合型断裂问题,给出了裂纹扩展过程中的临界应力强度因子及临界应变能密度因子与裂纹扩展方向之间的关系,为研
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