分析土壤半无限域的一种有限层方法(Ⅰ)——一般理论

本文研究了一种用于横观各向同性体动力学的有限层法.将土壤介质半无限域视为一个横观各向同性半空间体,介质的材料函数沿深度变化,将介质沿深度方向分成若干层,在每一层内材料函数用一个指数函数来模拟.这样,使求解问题的方程得到简化,利用Fourier变换我们得到了各层处“节点”力与位移的关系.这种有限层法实际上是一种半解析法.具有一般半解析法所具备的数据前后处理量少及计算量小等优点.本文所研究的这种有限层法为分析土壤与结构相互作用问题提供了一条新途径.     

混凝土断裂力学虚拟裂缝模型的半解析有限元法

利用平面扇形域哈密顿体系的方程,通过分离变量法及共轭辛本征函数向量展开法,以解析的方法推导出基于混凝土断裂力学中虚拟裂缝模型的平面裂纹解析元列式．将该解析元与有限元相结合,构成半解析的有限元法,可求解任意几何形状和荷载混凝土平面裂纹的虚拟裂缝模型计算问题．数值计算结果表明方法对该类问题的求解是十分有效的,并有较高的精度．     

半平面中解析函数的积分表示

本文证明了半平面中满足某些限制增长条件的解析函数可以用加权Blaschke乘积和在半平面边界上的积分之和表示出来,这一结果改进了在半平面为指数型解析函数的经典结果.     

变温度荷载作用下半无限成层饱和介质的热固结分析

对半无限成层饱和多孔介质作用随时间变化的温度荷载的热固结问题进行解析求解．其中,热-水-力耦合线性弹性控制方程考虑了热渗效应和等温热流效应的影响．先采用Laplace变换求其在变换域上的解,然后用数值方法求逆变换．对半无限体表面作用呈指数衰减热荷载的双层体系进行研究,分析了两层介质热固结系数、弹性模量等的差异性对热固结特征的影响．研究表明:位移场和应力场对温度场的耦合作用可以忽略,而热渗效应对温度和孔压有显著影响．     

地下结构与岩体动力相互作用的一种解析解

本文根据大量试验和数值分析结果指出:在侧向爆荷下岩洞在厚度为跨度三分之一围岩中具有厚壁受弯构件的力学特征,而在该围岩区外即基本上接近自由场应力状态,并可用厚板理论方程在自由场压力的外载下进行求解.因此,地下结构与围岩动力相互作用,可用分别代表衬砌及介质的基于薄板与厚板理论的受弯构件动力方程宋描述.围岩和衬砌二者之间的相互作用力用接触压力函数q(x,t)加以联系.通过解一组联立方程,给出了计入与弹性半空间相互作用效应的直墙拱顶衬砌时动力分析的解析解,同时列出了函数q(x,t)的解析表达式. 本解析解将有助于从理论上探讨地下结构与介质动力共同作用的一些本质问题.     

带有圆柱形孔洞弹性半空间的表面效应分析

针对表面应力在纳米结构控制机械响应中的重要性,利用复变函数的基本方法,研究了含有圆柱形孔洞的弹性半空间的表面应力问题.将含有缺陷的接触问题分解为均匀介质的接触问题和无外载荷的非均匀介质的接触问题两部分进行分析.结果显示:接触表面的应力和位移有很强的尺寸依赖性,同时表面位移可以用表面应力函数表示.     

基础动力分析的一种半解析、半数值方法

提出了一种基础动力分析的半解析、半数值计算方法．采用Lamb解及其相应的近似公式,建立了基础动反力和位移的关系式．从而可象静力问题那样将基础板分离出来,将板看作上部作用已知载荷,下部作用用挠度表示的地基反力,因此只需要对板进行有限元分析．采用这种方法分析了不同形状、 不同刚度、不同频率下的地基板的振动问题, 而且可以考虑基础埋深的影响．算例分析表明,提出的方法是一种计算简便、精度较高、适用范围广泛的有效数值方法．     

CFD-半解析模型混合的管束结构流弹失稳预测方法

横向流作用下管束结构传统流弹失稳模型的建立或多或少需要获取实验流体力参数作为输入条件.因此非常需要开发一种不依赖实验数据的管束结构流弹失稳模型.该文提出了一种改进的CFD仿真与半解析方法混合的管束结构流弹失稳预测方法.采用CFD仿真方法获取半解析模型中关键的相位延迟函数,并根据速度将其表示为简单的分段函数.最终预测了横向流作用下间距比为1.375的平行三角形与正三角形管束结构的流弹失稳阈值,预测结果与文献中的实验结果吻合良好.该文提出的CFD 半解析模型混合方法同样适用于其他管束结构的流弹失稳预测,为蒸汽发生器传热管流弹失稳现象的研究提供了一种时间成本较低的预测方法.     

Hamilton体系辛半解析法及在非均匀电磁波导中的应用

力学中的Hamilton体系需用对偶变量来描述,而电磁场正好有电场和磁场这一对对偶变量．尝试将力学中的Hamilton体系理论应用于电磁波导的分析,以横向电场和磁场作为对偶变量,将电磁波导的基本方程导向辛几何的形式．基于Hamilton变分原理, 导出横向离散的半解析系统方程, 保持体系的辛结构．以非均匀波导为例, 求解了方程的辛本征值问题, 计算结果与解析解相当吻合．     

八元数Siegel半空间上的Hardy空间

指出了八元数Heisenberg群与八元数Siegel半空间的边界之间的关系,研究了八元数Siegel半空间上满足一定条件的左O-解析函数构成的Hardy空间,并给出了其边值刻画.     

Coupled time-domain analysis with boundary and finite elements

A methodology for the combination of boundary and finite element discretizations for the numerical analysis of time-dependent problems is presented. The interface conditions arising from the partitioning of the problem are incorporated in a weak form by means of Lagrange multiplier fields and, therefore, allow for nonconform interface discretizations. The resulting system matrices have the same saddle point structure as in the FETI method. Possible applications of the proposed method are the dynamic analysis of soil-structure interaction and similar wave propagation phenomena in unbounded media. (© 2008 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Hamilton等参元与智能叠层板的半解析法

根据压电材料修正后的Hellinger-Reissner(H-R)变分原理,建立了各向异性压电材料4节点Hamilton等参元的一般形式．为智能叠层板自由振动问题和带有压电块的叠层悬臂梁的瞬态响应等问题提出了一种新的半解析法．数学模型的基本步骤:将压电层和主体层看成独立的三维体,在平面内离散各层,分别建立各层的方程;根据主体层和压电层在连接界面上广义应力和广义位移的连续条件,联立主体层和压电层的方程得到全结构的控制方程．等参元不限制智能板侧面的几何边界形状、板的厚度和层数,有广泛的应用领域．     

地下结构和岩土介质弹塑性耦合分析的摄动半解析法*

本文研究了一个用于物理非线性相互作用分析的有效的数值方法。结构和介质耦合分析的弹塑性问题可用摄动法转化为几个线性问题,然后对相应的线性问题分别用有限条和有限层法分析地下结构和岩土介质以达到简化计算的目的。这种方法用了两次半解析技术——摄动和半解析解函数——将三维非线性耦合问题化为一维的数值问题。此外,本法是半解析法结合解析的摄动法应用于非线性问题的新进展,同时也是近年来发展的摄动数值法的一个分支。     

A micromechanics model for FRC composites

A multiscale model for FRC composite structures taking into consideration the complex interactions at the scales of the fiber and microcracks is proposed. At the scale of the single fiber, a semi-analytical model characterizes the microslip behavior at the interface between the matrix and the fiber in terms of the overall composite stresses. The influence of fiber bundles on microcrack bridging and arrest is taken into account within the framework of linear elastic fracture mechanics. Upscaling to the macroscopic level using continuum micromechanics shows that the macroscopic deformation of the FRC composite is governed by a ’TERZAGHI’ like effective stress. For the finite element analyses of failure behavior at the scale of the composite structure, an ’interface solid element’ technique is used to consider localized cracking. Selected numerical and semi-analytical results together with experimental validations are provided. (© 2016 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

粘性流体两相多孔介质非线性动力问题的罚有限元法

采用基于混合物理论的多孔介质模型,给出粘性流体饱和两相多孔介质非线性动力问题的控制场方程以及相应边值和初值问题的提法,用Galerkin加权残值法导出罚有限元公式,并给出该非线性方程组的迭代求解方法。考虑了体积分数和渗透率与变形相关的情况。用编制的有限元程序计算分析了一维多孔柱体在脉冲载荷作用下的瞬态响应,数值结果表明文中方法正确有效。     

Three-dimensional simulation of flat rolling through a combined finite element–boundary element approach

This paper presents an innovative approach for analysing three-dimensional flat rolling. The proposed approach is based on a solution resulting from the combination of the finite element method with the boundary element method. The finite element method is used to perform the rigid–plastic numerical modelling of the workpiece allowing the estimation of the roll separating force, rolling torque and contact pressure along the surface of the rolls. The boundary element method is applied for computing the elastic deformation of the rolls. The combination of the two numerical methods is made using the finite element solution of the contact pressure along the surface of the rolls to define the boundary conditions to be applied on the elastic analysis of the rolls. The validity of the proposed approach is discussed by comparing the theoretical predictions with experimental data found in the literature.     

样条状态变量法分析弹性矩形板的动力响应

应用样条元与状态空间法分析矩形板的动力响应问题.对空间域采用样条元法,对时间域采用现代控制论中的状态空间法.建立了状态变量递推格式,可直接计算结构的动力响应量.文末给出了若干数值算例,计算结果表明,该方法的计算精度与效率是令人满意的.     

The coupling system of Navier–Stokes equations and elastic Navier–Lame equations in a blood vessel

In this paper, the blood flow problem is considered in a blood vessel, and a coupling system of Navier–Stokes equations and linear elastic equations, Navier–Lame equations, in a cylinder with cylindrical elastic shell is given as the governing equations of the problem. We provide two finite element models to simulating the three-dimensional Navier–Stokes equations in the cylinder while the asymptotic expansion method is used to solving the linearly elastic shell equations. Specifically, in order to discrete the Navier–Stokes equations, the dimensional splitting strategy is constructed under the cylinder coordinate system. The spectral method is adopted along the rotation direction while the finite element method is used along the other directions. By using the above strategy, we get a series of two-dimensional-three-components (2D-3C) fluid problems. By introduce the S-coordinate system in E³ and employ the thickness of blood vessel wall as the expanding parameter, the asymptotic expansion method can be established to approximate the solution of the 3D elastic problem. The interface contact conditions can be treated exactly based on the knowledge of tensor analysis. Finally, numerical test shows that our method is reasonable.