单侧摩擦接触约束夹杂物与平面波的动力相互作用--时域边界元分析

应用时域边界元法研究了瞬态平面波对单侧摩擦约束夹杂物的散射问题，假设界面摩擦遵守库仑定理，当入射波足够强时界面会出现局部分离和滑移，由于边界上的区域(分离区、滑移区和粘着区)是未知的，所以该问题实际上是个复杂的边界非线性问题，为了确定未知区域，该文发展了一种有效的迭代技术，作为算例，计算了一个无限域中圆柱埋置夹杂物对瞬态平面波的散射问题。     

各向异性体对瞬态SH波散射问题的边界元方法

本文利用Fourier变换和加权残数法建立了正交各向异性体反平面瞬态波散射问题的边界积分方程,构造了在边界上能满足波动方程的边界元函数,它比常用的二次元和高次元具有较好的适应性。数值结果表明利用该形函数计算高频情形下的散射问题具有很高的精度。     

弹性波绕任意形状界面孔的散射

求解了弹性波绕任意形状界面孔的散射问题．通过入射波、反射波或折射波及孔的散射波场的叠加,得到了界面孔在SH波绕射下的总波场．总波场波函数的级数项待定系数可采用边界配点法来确定,该法不受边界正交性的限制,能够适用于任意形状的边界．最后,对界面椭圆孔进行了实例计算,得到了椭圆孔边的动应力集中系数．     

各向异性介质的弹性波散射问题的边界元方法

本文引用加权残数法建立了各向异性介质内含任意形式异质夹杂时的散射问题的边界积分方程式,导出了相应的辐射条件,计算了内含圆柱体,椭圆柱体、界面裂纹情形下对SH 波的散射位移场、应力场以及散射横截面.数值结果表明本方法用于解答各向异性介质的弹性波散射问题具有良好的精度和应用前景.     

楔形空间中任意形状孔洞对平面SH波的散射：IBEM求解

采用间接边界元法(IBEM),求解了楔形空间中任意形状孔洞对平面SH波的散射问题。基于单层位势理论,首先在孔洞表面及其附近楔形空间表面上施加虚拟均布荷载,以构造散射波场。进而由自由表面零应力条件,建立方程求解得到虚拟荷载密度。总波场由楔形空间自由波场和散射波场叠加得到。研究表明：IBEM方法能够精确高效求解楔形空间中弹性波散射问题。楔形空间孔洞对波的散射特征依赖于波入射角、无量纲入射波频率、楔形夹角、孔洞位置及其形状;孔洞周围波的相干效应十分显著,空间表面位移幅值及孔边动应力集中因子比半空间情况放大一倍有余,分别达到8.5和10.0;该研究为楔形空间中更为复杂的P、SV波散射问题求解奠定了基础。     

SH波绕界面孔的散射

用波函数展开方法研究了SH波绕界面孔的散射问题。由入射、反射和透射波组成的自由波场与孔的散射场叠加成总波场。按照一定方式将两个半平面散射波场延拓于全平面，通过Hankel-Fourier展开方法求得了任意形状孔散射场的级数解。以椭圆形孔为例计算了孔边缘的动应力集中系数。     

直角平面角点衬砌对稳态平面SH波的散射

利用波函数展开法求解了二维直角平面角点处圆弧形衬砌对稳态入射平面SH波的散射问题,得到问题的解析解．方法是首先构造出衬砌介质内外的总波场,它们能够预先满足直角平面两直角边界应力自由条件；再利用衬砌边界处的应力和位移连续条件写出确定散射波解中未知系数的方程组并求解．通过算例具体讨论了衬砌内边界处的环向应力集中系数和位移幅度比随无量纲波数、入射角的变化情况,结果表明它们存在不同程度的放大现象．     

带形域内裂纹对SH波散射问题的边界元解

采用边界元法研究含裂纹的带形域各向同性弹性体，裂纹对SH波的散射问题，推导出带形域情况下不同边界条件的各种Green函数，导出了以裂纹张开位移为未知数的边界积分方程，计算出表面散射场和总位移．算例表明，利用所提供的格林函数和边界元格式解答带形域的散射问题比较方便．     

双相介质半空间内椭圆夹杂对透射SH波的散射

为探究双相介质弹性半空间内椭圆弹性夹杂对透射SH波的散射问题,主要采用Green函数法、复变函数法、保角映射法和极坐标移动技术。首先,引入复变量并在复平面上运用保角映射的方法将椭圆边界映射为单位圆边界;然后,将双相介质沿垂直边界剖开分成两个四分之一空间,在剖分面上作用附加力系使SH波在垂直边界上满足位移和应力连续的条件,并构造四分之一空间内点源荷载作用下的Green函数位移场;进而,利用"契合"的思想在垂直边界上建立定解积分方程组,并利用SH波衰减的性质进行有限项截断来求解未知附加力系。最后,通过具体算例得出在不同参数情况下椭圆夹杂周边动应力集中因子分布情况。结果得知,SH波的入射角度和频率以及介质的性质对夹杂周边动应力集中分布有一定影响。     

弹性半空间中含直边界半圆形衬砌隧道对SH波的散射解析解

为进一步揭示含直边界衬砌隧道对SH波散射的影响,根据弹性波动理论,结合"分区契合"思想,建立了弹性半空间中半圆隧道对波场散射问题的波动方程。利用傅里叶级数展开的方法,引入辅助函数和波函数展开技术,通过对连续性条件和边界条件的分析,求得半空间中含直边界衬砌隧道对SH波散射的封闭解析解。计算结果表明:入射波特性、半圆隧道衬砌材料特性、隧道埋置深度对地表位移幅值影响显著;对于软性和硬性衬砌隧道而言,当频率逐渐增大时,地表位移幅值也随之增大,地表位移幅值空间振荡更为剧烈;随着入射角度增大,地表位移幅值整体上呈减小趋势;随着隧道埋深d/a由2增加到5时,隧道上方地表位移幅值降幅显著。     

DYNAMIC INTERACTION OF PLANE WAVES WITH A UNILATERALLY FRICTIONALLY CONSTRAINED INCLUSION-TIME DOMAIN BOUNDARY ELEMENT ANALYSIS

A 2D time domain boundary element method (BEM) is developed to solve the transient scattering of plane waves by a unilaterally frictionally constrained inclusion. Coulomb friction is assumed along the contact interface. The incident wave is assumed strong enough so that localized slip and separation take place along the interface. The present problem is in effect a nonlinear boundary value problem since the mixed boundary conditions involve unknown intervals (slip, separation and stick regions). In order to determine the unknown intervals, an iterative technique is developed. As an example, we consider the scattering of a circular cylinder embeddedin an infinite solid.     

SH波入射半空间双相介质界面附近圆形衬砌的动力分析

利用复变函数和Green函数法研究了无限半空间中双相介质界面附近圆形衬砌对SH波的散射与动应力集中问题。该问题的解答采用镜像法,首先构造出含有圆形衬砌的直角平面区域出平面问题的Green函数,然后利用“契合”技术,并根据界面处位移连续性条件将解答归结为具有弱奇异性的第一类Fredholm积分方程组的求解,结合散射波的衰减特性,直接离散该方程组,把积分方程组转化为线性代数方程组可得到该问题的数值结果。最后,通过算例分析了不同介质参数、几何参数和入射波时圆形衬砌界面的动应力集中情况。     

界面脱胶圆夹杂对SH波散射的远场解

采用Green函数方法和复变函数法研究了SH波对界面脱胶圆夹杂的散射问题,并给出 了远场解答. 首先,沿双质材料界面将整个空间分成上下两部分, 在下半空间,给出了在水 平表面上任意一点承受时间谐和的出平面线源载荷作用时的位移函数,取该位移函数作为 Green函数. 其次,在下半空间,利用相关文献给出的Green函数,在上下空间连接时在双质材料界面处满足 连续性条件,构造出半圆形脱胶裂纹,进而求出应力和位移的表达式,建立积分方 程组, 给出了散射波远场位移模式和散射截面的解答, 分析了在不同参数变化时SH 波散射的远场特性. 结果表明,脱胶结构的存在对位移和散射截面有较大的放大作用.     

一般各向异性单侧接触界面上波的反射和折射

研究简谐弹性波在一般各向异性介质单侧接触界面上的反射和折射问题．利用Fouier分析方法将非线性Coulomb摩擦接触边界波动问题化为一组代数方程．给出了确定局部分离、滑移和粘着区的思路和方法及各区域的解；讨论了出现界面局部分离和滑移的条件．对特定材料组合情况进行了详细数值计算，给出了界面力、相对滑移速度、张开位移、高频谐波的反射折射系数等特征参量；考察了平面和反平面波动的耦合及整体滑移等．其中关于高频谐波的结果可对已有实验结果给出很好的定性解释．在大多数情况下，即使对摩擦系数无穷大的粘滞接触界面，分离区端部也总是存在一个很小的滑移区。     

SH波与界面多圆孔的散射及动应力集中

研究了平面SH波对相邻多个界面圆孔的散射及其动应力集中,为了求解,首先利用复变函数和多极坐标方法构造了在含有多个半圆形缺口的弹性半空间,水平面上任一点随时间谐和出平面线源载荷作用时失主移,邓Green函数,且采用“契合”模型,推导了SH波对相邻多个界面圆孔散射的定解积分方程组,进而求得圆孔附近的动应力系数,作为算例,讨论了具有两个界面圆孔对SH波的散射及其相互影响,给出了孔附近的动应力分布曲线。     

SH波散射与界面圆孔附近的动应力集中

建立了求解含有界面圆孔的二种不同弹性组合介质中ＳＨ波的散射和界面圆孔附近的动应力集中问题的Ｇｒｅｅｎ函数法给出了一个具有半圆形缺口的弹性半空间水平表面上任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时位移函数的基本解取基本解作为Ｇｒｅｅｎ函数，建立起问题的定解积分方程最后给出了界面圆孔的动应力集中的算例和结果，并讨论了不同介质参数的组合对动应力集中的影响     

Wave induced sliding at the interface between a layered elastic medium and a half-space

The sliding interface between an unrestrained elastic half-space and a grounded layered half-space excited by an incident harmonic wave is investigated. The problem is formulated considering various possible boundary conditions and boundary inequalities at the sliding interface. The Coulomb friction model without distinction between the static and kinetic coefficients of friction is considered to govern the sliding condition. Three possible bands at the interface, namely slip, stick, and separation, are considered. The interface is assumed to be preloaded under normal and shear stresses. The solution is developed by modifying the problem of welded interface, which then is reduced to a set of algebraic equations. The effects of the incident angle, layer thickness, friction coefficient and externally applied stresses on the drift velocity of the unrestrained half-space are studied numerically for a pair of materials. It is shown that the sliding interface, and hence the drift velocity of unrestrained half-space is noticeably influenced by the layered medium. These results are expected to be useful for the development of a new kind of ultrasonic drive in future.     

位移阶跃SH波对半圆形凹陷地形的散射

本文利用积分变换和波函数展开方法求解位移阶跃的平面ＳＨ波对半圆形凹陷地形的散射问题，导出了散射位移场的解析表达式，，并给出了在凹陷地形表面上各点位移时程反应的数值结果。本文的结果可做为Ｄｕｈａｍｅｌ积分的影响系数求解一个随时间任意变化的平面ＳＨ波被半圆形凹陷地形散射的问题。     

两平行刚性圆盘挤压理想刚塑性介质时压力规律研究

两平行刚性圆盘挤压理想刚塑性介质时,通常考虑圆盘与介质的界面之间存在部分滑移,对库仑摩擦条件下的压力规律做了进一步的研究,同时,引入更合理的速度场,假设圆盘边缘处滑移速度一定,介质的滑移速度随着半径线性变化,得到了压力分布规律,对不同的摩擦条件及用不同方法计算得到的结果进行了对比。