三维弹性问题Taylor展开多极边界元法的误差分析

Taylor展开多极边界元法有效的提高了边界元法的求解效率,使之可用于大规模问题的计算。然而,由于计算中对基本解进行了Taylor级数展开,与传统边界元方法相比计算精度有所下降。本文主要针对三维弹性问题Taylor展开多极边界元法的计算精度和误差进行研究。文中对两种方法的计算精度进行了比较;研究了核函数的Taylor展开性质;推导了三维弹性问题基本解的误差估计公式;给出了Taylor展开多极边界元法中远近场的划分原则。通过具体的算例,证明了该方法的正确性和误差估计公式的有效性,说明了影响Taylor展开多极边界元法求解精度的因素。     

压电材料三维问题的虚边界元——最小二乘配点法

从压电材料三维问题的基本方程出发,利用已有的压电材料三维问题的基本解以及弹性力学虚边界元方法的基本思想和线性叠加原理,提出了压电材料三维问题的虚边界元——最小二乘配点解法。虚边界元解法继承了传统边界元方法的优点,并且有效避免了传统边界元方法中可能遇到的边界积分奇异性问题。最后,文章给出了压电材料三维问题的几个数值算例,并且与解析解做了比较,结果表明本文的方法具有较高的精度,是解决该问题一个十分有效的数值求解方法。     

电磁弹性固体三维问题的广义变分原理

提出了以电磁弹性固体所有变量应力、应变、位移、电位移、电场强度、电势、磁感应强度、磁场强度和磁势为自变量的电磁弹性固体三维问题最一般形式的广义变分原理。它们涵盖了电磁弹性固体问题所有的基本方程和边界条件。在此基础上还可以进一步给出部分变量为自变量的其它形式广义变分原理。     

弹性与弹塑性边界元应力分析的若干最近成果

所谓边界元法是按对应于一定方程和边界条件的积分方程形式的边值关系,作边界离散的近似计算方法.它特别宜于固体力学中的应力分析问题;在边界值具有较大变化率的情况,如用全域法(例如,一般的有限元法)并不总是有利、在具有无限域时则此不利情况更为明显,所以在应用上弹性和弹塑性的应力分析将会由于采用边界元法而得到较高精度的结果.本文在建立一般理论的基础上全面概述作者和有关合作者近年来应用此法的主要成果.文中列出了从较简单的二、三维弹性计算和一些更复杂情况的三维弹性计算和三维弹塑性分析结果.     

《无奇异边界元法》内容简介

孙焕纯等著《无奇异边界元法》一书共有上下两篇 ,上篇阐述虚边界元法的理论、方法与应用。虚边界法有三种 :一般配点法 ;最小二乘配点法 (超额配点法 ) ;最小二乘二重积分法。*分别对弹性空间、弹性平面、薄板、薄壳问题给出了一个从弹性空间方程出发的统一的数值解法 ,抛弃了板、壳理论关于变形和应力的一切假设 ,又对位势问题、弹性平面问题等给出了边界积分方程离散化求解的系数阵元素的解析计算式。下篇针对传统边界元直接法与间接法的边界积分方程的充要性问题进行了论述 ,并对位势、弹性平面和薄板等问题建立了充要积分方程 ;其次是…     

改进的奇异边界法模拟三维位势问题

奇异边界法是与基本解法相对应的一种边界型无网格数值离散方法. 该方法提出了源点强度因子的概念, 克服了传统基本解方法中最复杂最头疼的虚拟边界问题.基于边界元法中处理奇异积分的数值处理技术, 导出了源点强度因子的解析表达式, 提出了改进的无网格奇异边界法, 并进一步将该方法应用于三维位势问题. 该方法消除了传统方法中样本点的选取, 在不增加计算量的前提下, 极大地提高了奇异边界法的计算精度与稳定性.     

压电材料平面问题的虚边界元-等额配点解法

利用压电材料平面问题的基本解和弹性力学虚边界元方法的基本思想，提出了压电材料平面问题的虚边界元-等额配点解法。该解法继承了传统边界元方法的优点，而避免了传统边界元方法遇到的边界积分奇异性问题。最后给出了压电材料平面问题的一些具体算例，并与解析解作了比较。结果表明本文的方法有很高的精度，是该问题一个十分有效的数值求解方法。     

薄壳问题的三维虚边界元解法

直接从三维弹性力学微分方程出发,依据三维的Kelvin解,应用最小二乘法建立了三维虚边界元法解薄壳问题的一般方法。本方法的显著优点是：不论求解何种壳体问题,方法的思想是不变的,均以三维的Kelvin解来建立方程,而勿需对不同几何形状的壳体采用不同的基本解。文中给出了数值算例,以作为本方法的应用。本文方法与边界元直接法相比,优点在于无需处理奇异积分,且系数阵是对称的;再者,本文方法思想简单,程序实现容易。     

薄壳问题的一种数值解法

本文直接从三维弹性力学微分方程出发,依据三维的Kelvin解,应用最小二乘法建立了三维虚边界元法解薄壳问题的一般方法。本方法的显著优点是：不论求解何种壳体问题,思想是不变的,均以三维的Kelvin解来建立方程,而勿需对不同几何形状的壳本采用不同的基本解。文中给出了数值算例,以作为本方法的应用。本文方法与边界元直接法相比,优点在于无需处理奇异积分,且系数阵是对称的;再者,本文方法思想简单,程序实现容易。     

HC轧机辊间接触与辊系变形的Taylor级数多极边界元数学规划解析

分析HC轧机辊间接触分布和辊系弹性变形对于改善辊间压力分布状态,减少轧故褂檬倜案纳瓢逍畏浅Ｖ匾?醯捎诩扑懔亢艽?使用传统数值方法(有限元法或边界元法)分析辊间接触和辊系变形是非常困难的.本文描述了一种基于点-面接触模型的三维弹性接触Taylor级数多极边界元法,给出了数学规划解析方法,适合大规模弹性接触问题的求解....     

快速多极虚边界元法对含圆孔薄板有效弹性模量的模拟分析

针对虚边界元法,引入快速多极展开和广义极小残值法(GMRES)的思想,以形成快速多极虚边界元法的求解思想,并将此方法用于含圆孔薄板有效弹性模量的模拟分析.由于本文方法采用了"源点"多极展开和"场点"局部展开的组合处理方案,从而使得原问题方程组求解的计算耗时量和储存量降至与所求问题的计算自由度数成线性比例.本文工作的研究目的在于:提高虚边界元法在普通台式机上的运算能力和拓宽虚边界元法对大规模复杂问题的求解(或数值模拟).文中给出了均布圆孔的正方形薄板和之字形分布圆孔薄板二个算例,以验证该方法的可行性,计算精度和计算效率.     

Fracture of magnetoelectroelastic composite materials using boundary element method (BEM)

The behavior of cracked linear magnetoelectroelastic solids is analysed by means of the dual Boundary Element Method (BEM) approach. Media possessing fully coupled piezoelectric, piezomagnetic and magnetoelectric effects are considered. An explicit 2-D Green’s function in terms of the extended Stroh formalism for magnetoelectroelastic full-plane under static loading is implemented. Hypersingular integrals arising in the traction boundary integral equations are computed through a regularization technique. Evaluation of fracture parameters directly from computed nodal values is discussed. The stress intensity factors (SIF), the electric displacement intensity factor (EDIF), the magnetic induction intensity factor (MIIF) as well as the mechanical strain energy release rate (MSERR) are evaluated for different crack configurations in both finite and infinite solids subjected to in-plane combined magnetic–electric–mechanical loading conditions. The accuracy of the boundary element solution is confirmed by comparison with selected analytical solutions in the literature. The new results that can be of interest in the design and maintenance of novel magnetoelectroelastic devices are also discussed.     

复数矢径虚拟边界谱方法在二维空穴声辐射和散射问题中的应用

基于复数矢径虚拟边界积分法,通过将虚拟积分曲线上的未知源强密度函数用Fourier级数展开,同时借助快速数值Fourier变换计算程序,提出了一种求解二维任意形状空穴声辐射和散射问题的复数矢径虚拟边界谱方法．该方法具有以下特点：(1)不存在奇异积分处理;(2)采用复数矢径虚拟边界积分方法,不仅保证了解的唯一性,而且由于虚拟源强密度函数采用Fourier级数展开,克服了用单元离散方法不能用于较高频率范围的缺点;(3)采用快速数值Fourier变换技术使计算效率大幅度提高．文中给出的计算结果表明：在求解任意形状二维空穴声辐射和散射问题上较通常采用的FEM、BEM和VBEM更为有效．     

Unified Way for Dealing with Three-Dimensional Problems of Solid Elasticity

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｏｍｐｕｔｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅ＿ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｏｌｉｄ ,ｅａｃｈｔｙｐｅｏｆｐｌａｔｅｓａｎｄｓｈｅｌｌｓｅｔｃ .,ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｃｏｍｍｏｎｕｓｅｈａｓｆｉｎｉｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｍｅｔｈｏｄ ,ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ ,ｗｅｉｇｈｔｅｄｒｅｓｉｄｕａｌｓｍｅｔｈｏｄａｎｄＢＥＭｅｔｃ.Ｏｗｉｎｇｔｏｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅ＿ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｒｏ…     

Time-harmonic Green’s functions for anisotropic magnetoelectroelasticity

Two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) time-harmonic Green’s functions for linear magnetoelectroelastic solids are derived in this paper by means of Radon-transform. Displacement field and electric and magnetic potentials in a fully anisotropic magnetoelectroelastic infinite solid due to a time-harmonic point force, point charge and magnetic monopole are obtained in form of line integrals over a unit circle in 2-D case and surface integrals over a unit sphere in 3-D case. This dynamic fundamental solution is then split into the sum of regular dynamic plus singular terms. The singular terms coincide with the Green’s functions for the static problem and may be further reduced to closed form expressions. The proposed Green’s functions can be used in the corresponding boundary element method (BEM) formulation.     

Analysis of cracked magnetoelectroelastic composites under time-harmonic loading

This paper presents a numerical model for the analysis of cracked magnetoelectroelastic materials subjected to in-plane mechanical, electric and magnetic dynamic time-harmonic loading. A traction boundary integral equation formulation is applied to solve the problem in combination with recently obtained time-harmonic Green’s functions (Rojas-Diaz et al., 2008). The hypersingular boundary integral equations appearing in the formulation are first regularized via a simple change of variables that permits to isolate the singularities. Relevant fracture parameters, namely stress intensity factors, electric displacement intensity factor and magnetic induction intensity factor are directly evaluated as functions of the computed nodal opening displacements and the electric and magnetic potentials jumps across the crack faces. The method is checked by comparing numerical results against existing solutions for piezoelectric solids. Finally, numerical results for scattering of plane waves in a magnetoelectroelastic material by different crack configurations are presented for the first time. The obtained results are analyzed to evaluate the dependence of the fracture parameters on the coupled magnetoelectromechanical load, the crack geometry and the characteristics of the incident wave motion.     

磁-电-弹性半空间在轴对称热载荷作用下的三维问题研究

考虑力-电-磁-热等多场耦合作用, 基于线性理论给出了磁-电-弹性半空间在表面轴对称温度载荷作用下的热-磁-电-弹性分析, 并得到了问题的解析解. 利用Hankel 积分变换法求解了磁-电-弹性材料中的热传导及控制方程, 讨论了在磁-电-弹性半空间在边界表面上作用局部热载荷时的混合边值问题, 利用积分变换和积分方程技术, 通过在边界表面上施加应力自由及磁-电开路条件, 推导得到了磁-电-弹性半空间中位移、电势及磁势的积分形式的表达式. 获得了磁-电-弹性半空间中温度场的解析表达式并且给出了应力, 电位移和磁通量的解析解. 数值计算结果表明温度载荷对磁-电-弹性场的分布有显著影响. 当温度载荷作用的圆域半径增大时, 最大正应力发生的位置会远离半无限大体的边界; 反之当温度载荷作用的圆域半径减小时, 最大应力发生的位置会靠近半无限大体的边界. 电场和磁场在温度载荷作用的圆域内在边界表面附近有明显的强化, 而磁-电-弹性场强化区域的强化程度跟温度载荷的大小和作用区域大小相关. 本研究的相关结果对智能材料和结构在热载荷作用下的设计和制造具有指导意义.      

电磁弹性动力学初边值问题12类变量广义变分原理

基于Yao建立的电磁弹性固体广义变分原理,运用关于非传统Hamilton型广义变分原理的方法,建立了电磁弹性动力学初边值问题的12类变量广义变分原理,可反映该问题的全部特征,其独立变分变量为该问题的全部变量,即位移、速度、动量、应变、应力、电位移、磁感应强度、电场强度、磁场强度、电标量势、磁标量势和磁矢量势.本文建立的...     

THREE-DIMENSIONAL ANALYSIS OF A MAGNETOELECTROELASTIC HALF-SPACE UNDER AXISYMMETRIC TEMPERATURE LOADING 1)

考虑力-电-磁-热等多场耦合作用, 基于线性理论给出了磁-电-弹性半空间在表面轴对称温度载荷作用下的热-磁-电-弹性分析, 并得到了问题的解析解. 利用Hankel 积分变换法求解了磁-电-弹性材料中的热传导及控制方程, 讨论了在磁-电-弹性半空间在边界表面上作用局部热载荷时的混合边值问题, 利用积分变换和积分方程技术, 通过在边界表面上施加应力自由及磁-电开路条件, 推导得到了磁-电-弹性半空间中位移、电势及磁势的积分形式的表达式. 获得了磁-电-弹性半空间中温度场的解析表达式并且给出了应力, 电位移和磁通量的解析解. 数值计算结果表明温度载荷对磁-电-弹性场的分布有显著影响. 当温度载荷作用的圆域半径增大时, 最大正应力发生的位置会远离半无限大体的边界; 反之当温度载荷作用的圆域半径减小时, 最大应力发生的位置会靠近半无限大体的边界. 电场和磁场在温度载荷作用的圆域内在边界表面附近有明显的强化, 而磁-电-弹性场强化区域的强化程度跟温度载荷的大小和作用区域大小相关. 本研究的相关结果对智能材料和结构在热载荷作用下的设计和制造具有指导意义.