显式有限元

摘要： 侵蚀接触是弹体穿甲/侵彻等冲击动力学问题数值模拟与显式有限元程序的核心算法.文中基于接触界面的点-面离散模型,发展了一种有效、精确的侵蚀接触搜索算法.新算法通过引入历史状态量跟踪从点对主片的穿透历史,并结合接触强度方法,克服从点对主片穿透定义的歧义性,精确确定出从点-主片接触对及其相应的接触方向;对于接触点计算,建立了一种非迭代的计算方法,提高了接触计算的稳定性.文中算法基于自主研发的大型并行显式有限元程序PANDA-Impact实现,并利用典型算例进行了验证.数值模拟结果表明,文中建立的侵蚀接触搜索算法可以用于复杂问题模拟并具有较高的计算精度.

摘要： 为进一步研究车辆轨道接触特性和钢轨损伤,采用显式有限元法建立适用于三维轮轨瞬态滚动接触分析的有限元模型,将轮轨间黏着系数、牵引系数、列车速度等考虑在内,研究不同模型参数对轮轨瞬态滚动接触计算的影响。通过详细对比分析扣件系统、钢轨长度、轨道板及参数对轮轨瞬态接触解的影响,并结合车轮模态分析结果,引入不同波长的轨面几何不平顺以表征激励频率,明确了全轮对模型的适用范围,为高速轮轨滚动接触问题的精细化建模提供参考。结果表明:(1)添加扣件系统可使滚动接触在更短时间内趋于稳定,钢轨长度并不能影响瞬态模型的计算结果,轨道板结构更能使瞬态求解趋于稳定;(2)模拟轮轨冲击的工况下,需建立全轮对模型求解,以保证结果的可靠真实性。

摘要： 离缝脱空病害对无砟轨道力学性能有重要影响,为了处理分析此类问题中过程中包含的复杂接触行为,文章基于面向对象的c++程序语言开发了一套显式有限元分析程序,并通过算例对比ANSYS/LS-DYNA软件计算结果验证了程序的准确性。

摘要： 针对近年来我国西北黄土地区地下采煤诱发地表变形,从而导致地表黄土边坡失稳及滑坡问题,使用显式有限元、动力学大变形计算方法以及土动力学基本理论进行分析研究,并提出一种适用于地下动态扰动对地表边坡稳定性影响的分析方法。通过计算分析得知,地下采煤对地表边坡稳定性的影响是一个动态的过程,所提方法具有较高的计算效率,且能够分析边坡的渐进破坏过程。

摘要： 基于黏弹性人工边界的显式动力有限元方法,研究了突出平台状山谷地形场地的地形效应,分析了山谷地形对地表地震动的影响。结果表明:(1)沿着地震动输入方向地表反应较其他方向上的反应强烈;(2)与单一凸起山体地形对地表地震动的放大效应相比,相邻地形的存在对地表地震动位移傅里叶谱谱比曲线的形状影响不大,但是对PGD有着较大的影响,随着相邻凸起山体之间距离的增大,该影响效应逐渐减弱。

摘要： 采用ANSYS/LS-DYNA建立自由轮对运行于半径3500 m曲线轨道上的三维轮轨滚动接触有限元模型,于时域内模拟考虑轮对初始横移和侧滚角的高速曲线通过和瞬态滚滑行为,分析不同牵引系数下23阶实测车轮多边形对轮对曲线通过和车轮瞬态磨耗的影响.研究结果表明:车轮多边形会造成轮轨力、法/切向接触应力、摩擦功和磨耗深度等的周期性波动,最终造成非均匀磨耗;当速度为250 km/h和牵引系数为0.03时,峰谷幅值为0.128 mm的车轮多边形可使最大垂向轮轨力达113 kN(静态轮重的144％),摩擦功最大值可由平顺表面下的2 mJ增至2.3 mJ,相应波动幅值可达1.4 mJ;虽然一侧车轮多边形所激励的振动可以传递至另一侧,但对另一侧车轮多边形的发展不起主导作用;多边形造成的磨耗率峰值、谷值分别发生在多边形幅值的波峰、波谷附近,会抑制车轮多边形的进一步发展;牵引系数增大,会加剧车轮表面的平均磨耗和非均匀磨耗,加速车轮多边形的发展.

摘要： 为了研究新一代载人飞船返回舱采用的组合式气囊的缓冲特性,文章采用控制体积法建立组合式气囊系统的有限元模型,运用显式有限元方法模拟返回舱着陆缓冲过程,通过返回舱-气囊系统跌落试验结果与仿真计算结果的对比,验证该有限元模型的可信性.结果表明,文章采用的方法可以有效模拟返回舱-气囊系统的缓冲过程,组合式气囊能够对返回舱起到较好的缓冲作用,有效降低了返回舱硬着陆的可能性.研究结果可为新型缓冲气囊系统的设计和改进优化提供理论及技术参考.

摘要： 基于黏弹性人工边界的显式动力有限元方法,研究了突出平台状山谷地形场地的地形效应,分析了山谷地形对地表地震动的影响.结果表明:(1)沿着地震动输入方向地表反应较其他方向上的反应强烈;(2)与单一凸起山体地形对地表地震动的放大效应相比,相邻地形的存在对地表地震动位移傅里叶谱谱比曲线的形状影响不大,但是对PGD有着较大的影响,随着相邻凸起山体之间距离的增大,该影响效应逐渐减弱.

摘要： 目前的拱坝有限元分析方法存在如下问题:隐式有限元计算有收敛性问题;采用材料模型比较单一,缺乏多种材料模型的对比,从而造成分析片面性;仅用最终承载系数作为判断依据,忽略拱坝破坏过程以及破坏模式.小湾拱坝是一个代表性工程,针对以上问题,本文基于显式有限元,采用多种材料模型对小湾拱坝进行研究.在仿真模拟小湾拱坝施工基础上进行超载分析,着重对比分析采用不同材料模型下小湾拱坝破坏过程以及破坏模式,最后结合塑性区贯通和位移突变的方法评价其整体安全度,为类似的工程提供有益参考.

摘要： 显式有限元可以不生成单元刚度矩阵，因而无法采用刚度矩阵计算刚度阻尼。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，研究了通过材料本构实现刚度阻尼的方法和程序计算流程;进而针对三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，在需要考虑阻尼影响时建议采用质量阻尼。

摘要： 本文提出将一种新的黏弹性人工边界结合显式有限元的时域波动求解方法用于拱坝-地基系统的地震反应分析,地震动输入通过分别将底边界入射位移时程和侧边界自由场时程对应的解析应力时程作为边界荷载实现.该方法具有较高的计算精度,且不存在高、低频计算失稳问题.以小湾拱坝地震反应分析为例,比较了透射边界、黏弹性边界两种方法的计算结果.

摘要： 本文采用经典的显式有限元动力程序LS-DYNA，对缩小比例飞机模型撞击试验进行仿真模拟分析，比较钢板混凝土（SC）与普通钢筋混凝土(RC)抵抗飞机撞击的性能。

摘要： 气囊缓冲技术是最主要的缓冲技术之一.气囊式缓冲装置作为能量衰减系统被广泛地应用于航空航天回收工程、物资设备的空投保护、人员应急保护等领域中.本文利用基于显式有限元的控制体积法(CV法)模拟某型无人直升机缓冲气囊的整个工作过程,获得气囊囊压、运动速度、过载等的变化情况,计算结果用于协助设计气囊,减少试验的次数与成本.

摘要： 一种FEA模型，包括第一层节点和第二层节点以形成一组节点对，每一节点对包括位于第一层的一节点和位于第二层的一相应的节点。每一节点对中的节点位于与距离其他节点相比距离更近的位置。确定用于控制时间步长的候选有限元。每一候选有限元由一个或多个节点对限定。在时间推进模拟的每一求解周期，获得包括候选有限元的FEA模型的节点力。缩放尺寸通过最小尺寸乘以加速缩放因子计算出。用于控制下一求解周期的时间步长的临界尺寸然后被确定。根据基于节点质量和加速缩放因子的公式，为了维持稳定求解而重新分配的相应的节点力的分量被计算出并重新分配。

摘要： 本发明公开了一种基于显式动力学有限元方法的拉延模结构分析方法，分析方法的步骤如下：步骤一构建拉延仿真模型：利用软件UG导出凸模、凹模、压边圈和板料的stp格式；步骤二利用Hypermesh对凹模、凸模、压边圈进行表面网格划分再自动生成四面体实体网格，板料划分成四边形网格；步骤三将凹模、凸模、压边圈和板料均设定为弹塑性体，并定义材料、属性、边界条件、接触类型和输出卡片；步骤四用Hypermesh完成冲压过程的有限元仿真，将受力分析结果分多步输出，查看板料成型结果并确定冲压工艺参数，以输出冲压过程最后时刻为极限工况，对凸模、凹模和压边圈进行结构强度分析；步骤五对凸模进行疲劳分析，利用后处理模块查看疲劳寿命和损伤结果云图。

摘要： 多体动力学和有限元显式动力学联合仿真车辆碰撞过程的方法及系统，包括：获取多体动力学的仿真车辆模型；进行多体动力学的车辆碰撞仿真分析，进而得到其运动姿态信息；将运动姿态信息作为输入控制信息，添加到有限元非线性瞬态动力学的模型中，进行显式动力学分析；根据车辆的显式动力学仿真结果确定车辆碰撞损伤程度，作为汽车碰撞远程无人定损的仿真依据。本发明兼顾了多体动力学计算时间短和显式动力学计算结果精度高的特点，获得汽车仿真碰撞分析的结果，作为远程无人定损的仿真依据。

摘要： 本发明公开了一种基于显式动力学有限元方法的拉延模结构分析，该方法的步骤如下：步骤一构建拉延仿真模型：利用软件UG导出模型(凸模、凹模、压边圈和板料)的stp格式；步骤二利用Hypermesh对凹模、凸模、压边圈进行表面网格划分再自动生成四面体实体网格，板料划分成四边形网格；步骤三将凹模、凸模、压边圈和板材均设定为弹塑性体，并定义材料、属性、边界条件、接触类型和输出卡片；步骤四用Hypermesh完成冲压过程的有限元仿真，将受力分析结果分多步输出，查看板料成型结果并确定冲压工艺参数，以输出冲压过程最后时刻为极限工况，对凸模、凹模和压边圈进行结构强度分析；步骤五对凸模进行疲劳分析，利用后处理模块查看疲劳寿命和损伤结果云图。

摘要： 一种FEA模型，包括第一层节点和第二层节点以形成一组节点对，每一节点对包括位于第一层的一节点和位于第二层的一相应的节点。每一节点对中的节点位于与距离其他节点相比距离更近的位置。确定用于控制时间步长的候选有限元。每一候选有限元由一个或多个节点对限定。在时间推进模拟的每一求解周期，获得包括候选有限元的FEA模型的节点力。缩放尺寸通过最小尺寸乘以加速缩放因子计算出。用于控制下一求解周期的时间步长的临界尺寸然后被确定。根据基于节点质量和加速缩放因子的公式，为了维持稳定求解而重新分配的相应的节点力的分量被计算出并重新分配。

摘要： 多体动力学和有限元显式动力学联合仿真车辆碰撞过程的方法及系统，包括：获取多体动力学的仿真车辆模型；进行多体动力学的车辆碰撞仿真分析，进而得到其运动姿态信息；将运动姿态信息作为输入控制信息，添加到有限元非线性瞬态动力学的模型中，进行显式动力学分析；根据车辆的显式动力学仿真结果确定车辆碰撞损伤程度，作为汽车碰撞远程无人定损的仿真依据。本发明兼顾了多体动力学计算时间短和显式动力学计算结果精度高的特点，获得汽车仿真碰撞分析的结果，作为远程无人定损的仿真依据。

摘要： 公开了使用显式FEA、采用质量缩放增强型子循环技术数值模拟产品的结构性能的方法和系统。接收由多个节点和有限元定义的产品的FEA模型。计算每个有限元的时间步长，随后将其分配到相关联节点。各元素划分成N个元素组，第一元素组需要最小时间步长Δt1，其他元素组需要各个时间步长（ΔtN=2N-1Δt1）。为了不用再分类或再划分有限元并仍然获得稳定解，各个适当数量的质量缩放应用于在它们各自的元素组中已经变得过小以至于不能维持稳定解的那些元素。随后采用上述FEA模块，使用显式FEA、采用质量缩放增强型子循环技术实施时间推进模拟。

摘要： 本发明公开了使用显式FEA、采用子循环和质量缩放的组合技术数值模拟产品的结构性能的方法和系统。指定代表一产品的FEA模型、以及指定用于该产品的时间推进模拟的最小时间步长（Δtmin）。建立N个元素组，其中第一元素组与作为所需的最小时间步长的Δtmin相关联，而其他元素组根据公式Δti=2i-1Δtmin，n=1,2，...,N与整数倍数的Δtmin相关联。基于有限元各个新的Δtcr将有限元周期性再分类为N个元素组。为了确保在用户指定的最小时间步长下处理FEA模型中的所有有限元，将适当数量的质量缩放应用于在第一元素组中已经变得过小以至于不能维持稳定解的那些有限元。

摘要： 本发明公开了一种基于GPU的有限元显式并行求解仿真方法，实施步骤如下：1）将数据读入主机内存中，通过主机CPU识别有限元计算模型数据中的节点和单元，查找并保存节点和单元之间的归属关系，将所述有限元计算模型数据读入GPU全局存储器；2）设定GPU执行参数；3）通过GPU读取GPU全局存储器中存储的数据，根据GPU执行参数通过多线程的方法计算各个节点的节点作用力；4）选择性输出计算结果，CPU根据收敛判断情况决定退出或者返回执行步骤3）。本发明具有运算速度快、计算成本低、硬件成本低，使用简单方便，尤其适用于板料成形仿真优化、汽车碰撞仿真等力学领域的动态非线性计算。

摘要： 一种用于加快针对已建模系统或工艺的显式有限元分析(FEA)模拟的方法包括：根据基准时间间隔，通过FEA计算网络进行显式FEA模拟的初始迭代；以及为已建模系统或工艺计算预定的一组缩放尺度的尺度比。本方法包括：通过所述FEA计算网络，采用所述尺度比来确定时间缩放系数，作为所述尺度比的函数，然后并将所述时间缩放系数施加于所述基准时间间隔，从而产生缩放的时间间隔。所述缩放的时间间隔缩短了FEA模拟的模拟时间。本方法包括：按照所述缩放的时间间隔，采用所述FEA计算网络进行显式FEA模拟的后续迭代。重复本过程进行后续迭代，每次迭代对所述时间缩放系数进行调整。