关于瑞利-李兹方法边界条件的讨论

 在应用瑞利-李兹方法时, 一般教材仅提及假设的挠曲线应满足位移边界条件(挠度$y$与转角$\d y/\d x$), 而没有强调另外两个边界条件$\d^{2}y/\d x^{2}$及$\d^{3}y/\d x^{3}$的重要性. 这两个边界条件经胡克定律可与弯矩及剪力关联起来, 称为力边界条件. 通过例子指出当力边界条件不满足时, 可能造成误差很大. 亦对两个力边界条件的相对重要性作了扼要的讨论.     

非齐次边界条件下轴向运动梁的非线性振动

轴向运动系统的横向非线性振动一直是国内外研究的热点课题之一.目前相关研究大都是针对齐次边界条件的.但是在工程实际中,非齐次边界条件更为常见,而针对非齐次边界条件的研究相对较少.为深入研究非齐次边界条件对轴向运动系统横向非线性振动的影响,本文以轴向变速运动黏弹性Euler梁为例,引入由黏弹性引起的非齐次边界条件,同时还引入由轴向加速度引起的径向变化张力,建立梁横向振动的积分-偏微分型运动方程,并导出了相应的非齐次边界条件.采用直接多尺度法分析了梁的次谐波参数共振.由可解性条件得到了梁的稳态响应,并根据Routh-Hurvitz判据确定了系统稳态响应的稳定性.通过数值例子讨论了黏弹性系数,轴向运动速度,轴向速度脉动幅值和非线性系数对幅频响应的影响,并详细对比分析了非齐次边界条件和齐次边界条件对幅频响应的影响.结果表明:随着黏弹性系数的增大,非齐次边界条件下的零解失稳区域和稳态响应幅值比齐次边界条件下的失稳区域和幅值大,非齐次边界条件对高阶次谐波参数共振的影响更加显著.最后,引入微分求积法来验证直接多尺度法的近似解结果.      

一种新的高阶弹簧-阻尼-质量边界——-无限域圆柱对称波动问题

提出一种描述力-位移时间卷积关系的高阶弹簧-阻尼-质量模型,并将其作为人工边界条件直接应用于弹性动力学无限域圆柱对称运动问题的时域数值求解. 该人工边界条件不存在旁轴近似、多次透射等位移型外推人工边界条件普遍存在的高、低频失稳问题;与黏性、黏弹性边界等应力型人工边界条件相比,它具有高阶精度,且是严格高、低频双渐近的,也可以退化到黏性、黏弹性边界;该边界可以像黏性、黏弹性边界一样利用商用有限元软件中内置的并联弹簧-阻尼器、质量单元和时间积分求解器在商用软件中方便地实现,便于研究人员和工程师应用. 分析的几个简单数值算例也验证了该边界条件的上述优点.      

压电材料中裂纹面电边界条件的适用性

先分析理想裂纹面电边界条件(包括导通型裂纹和不导通型裂纹),然后分析缺陷的厚度及其对尖端场的影响,用封闭形式的解表示出了缺陷厚度的影响．结果指出,裂纹长厚比对计算结果是有影响的,除非裂纹极扁,不可通裂纹边界条件可以给出合理的结果,而可通边界条件只有在一些限制条件下才适用。     

计算梁弯曲变形和内力的简易方法

介绍一种合二而一的方法,从挠曲线的一般形式出发,通过边界条件确定待定常数,能同时得到挠曲线方程,转角方程,弯矩方程,剪力方程和支座反力.既避免了微分与积分运算又无需区分静定与超静定梁,也不论挠曲线方程是否分段,都可获解决.而且方法程式化具有便捷易学和一气呵成的特点.同时还深刻揭示出变形和内力的有机联系.     

复合材料机翼加筋壁板稳定性分析

利用工程及有限元方法分别分析了加筋壁板整体和局部稳定性.分析发现:在有限元计算中模型边界条件的选取对分析结果有着较大的影响.通过大型有限元软件MSC.Patran/Nastran,计算了不同边界条件下加筋壁板稳定性,将结果与工程计算结果比较,得到一种有限元分析稳定性中较合适的模型及边界条件.同时运用论证的有限元模型及边界条件,分析了相同横截面积下,不同桁条设计方案的壁板整体稳定性,结果显示桁条横截面设计对加筋壁板的稳定性有着很大的影响.     

小尺度对振动简支单层碳纳米管边界条件的影响

以非局部弹性理论为基础,考虑了碳纳米管的小尺度效应,采用欧拉-伯努利梁模型给出了单层碳纳米管的动力学控制方程.研究了小尺度效应对振动简支单层碳纳米管边界条件的影响,并通过具体算例与经典连续介质理论的简支边界条件进行比较.结果表明:简支条件下考虑小尺度效应的非局部弹性理论和经典连续介质理论的边界条件具有同一性.     

多次透射公式飘移问题的控制方法

多次透射公式(multi-transmitting formula, MTF)是在近场波动数值模拟中一种广泛应用的人工边界条件, 具有形式简单、精度可控和通用性好的优点, 但高阶MTF与有限元方法相结合有时会出现飘移问题. 现有的几种MTF消飘方法往往会显著地影响边界精度, 为此本文提出一种新的消飘因子修正MTF格式, 能够在较高精度水平下实现对飘移问题的有效控制. 该方法保持MTF的一次透射项不变, 仅对各高次透射误差项进行修正, 从而大幅降低了因消飘因子造成的精度损失. 消飘因子设置格式确保在零频和零波数情形下能够满足GKS准则, 从理论上保证了消飘目标的实现. 进一步给出该方法的高阶统一形式, 并将传统的消飘因子修正MTF的方法归结为该统一形式的一个特例. 通过反射系数分析, 证明本文方法不仅具有精度优势, 而且消飘因子选取的适应性更强、取值范围更广. 数值算例表明, 本文的消飘因子对波动能量比较集中的法向和小角度透射波动的模拟精度影响很小, 在控制高阶MTF飘移问题和保持模拟精度方面, 均能够取得明显效果.      

端部切向载荷作用下的压杆失稳分析及其应用

细直杆件在压应力作用下会产生横向屈曲即失稳．直杆撞击刚性平面或拉断卸载后将形成压缩波，因承载压缩载荷的长度增加可以引起失稳．冲击速度转换的压应力沿着杆件切线方向，该处弯矩和剪力为零；而众多文献设定的失稳段固支边界条件并不准确．基于精确的杆件变形曲率方程得到端部载荷指向杆件中固定点时的受压失稳条件，得到其极限状态即载荷沿杆端切向作用时失稳长度相当于两端简支的1.5 倍．对于钢丝绳拉断形成的冲击失稳，载荷恒定而长度增加，可以产生高阶屈曲即在侧向出现多次曲折，并基于尼龙-橡胶带的模拟试验给出了定性说明．     

海沟内海底地震激发的表面波动

通过底面运动学边界条件引入底面运动影响,采用高阶Boussinesq方程计算了光滑海底变形引起的表面波动形态.对于线性问题,与线性势流波浪理论进行了比较,二者结果符合良好.运用高阶Boussinesq波浪模型,针对冲绳海沟的实际地形,模拟海沟内不同震级的海底地震激发的海啸,分析了不同强度地震引起的表面波扰动形态及其非线性和色散效应.     

物面引射对滑移边界条件的影响1)

讨论壁面有引射的滑移边界条件的提法.利用Chapman-Enskog速度分布函数,通过分析Knudsen层外缘和壁面处的质量、动量和能量等通量守恒,得到了有壁面引射的多组元气体有催化反应的 壁面滑移边界条件方程组.利用粘性激波层方程和所得的边界条件对钝头体绕流驻点区的流场进行了计 算,讨论了物面引射对边界上诸量及流场的影响.     

Poiseuille—Benard流的出口边界条件及其谱元法计算

研究二维矩形管道中底部加热的不可压缩Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ－Ｂｅｎａｒｄ流的谱元法数值计算问题。讨论各种不同的出口边界条件的处理及其对谱地数值模拟的影响,通过干扰区、干扰幅度和计算时间的比较,确定比较理想的出口边界条件。     

多次透射公式在波动数值模拟中的一种实现方案

将一种常用的吸收边界条件─多次透射公式合并于紧接人工边界的内节点控制方程给出了该公式的一个新的实现方案.该方案较之原实现方案不仅收缩了计算区、改进了边界的模拟精度,而且揭示了该公式截断误差的阶数与大区域数值解之间的关系,阐明了提高吸收边界的精度阶对改进波动数值模拟精度的局限性.通过数值试验比较了新方案、原方案及Givoli-Neta吸收边界条件的在人工边界上的精度,结果表明前者优于后二者.     

使用时间插值的特征线法在光滑粒子法拉氏边界条件中的应用

在计算流体动力学的实际应用中无反射边界条件是一个重要的研究课题. 文中应用时间插值的特征线方法构造了一种新式的拉氏边界条件,并应用在光滑粒子法中. 该方法与使用特征线方法的欧拉边界条件方法相比,不需要区分超声速和亚声速流的不同,并且在入流和出流中具有相同的形式,因而更加简便易行. 数值结果表明,采用时间插值特征线法的拉氏边界条件方法在稀疏波、激波以及爆轰波的模拟中都能够得到较好的无反射效果.      

复合材料周期结构数学均匀化方法的一种新型单胞边界条件

数学均匀化方法是计算周期复合材料结构的有效方法之一,单胞边界条件施加的合理性直接决定了影响函数控制方程的计算效率和精度,进而影响均匀化弹性参数和摄动位移的计算精度.本文首先将单胞影响函数作为虚拟位移处理,给出了单胞在结构中真实的边界条件,结果表明,四边固支适合作为二维结构单胞边界条件;其次,针对二维结构提出了超单胞周期边界条件,有效提高了影响函数的计算精度,并使用与虚拟位移相对应的虚拟势能泛函验证超单胞周期边界条件的有效性;最后,利用数值分析验证多尺度渐进展开方法的计算精度,强调了二阶摄动的必要性.     

Poiseuille-Bénard流的出口边界条件及其谱元法计算

研究二维矩形管道中底部加热的不可压缩Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ－Ｂｅｎａｒｄ流的谱元法数值计算问题．讨论各种不同的出口边界条件的处理及其对谱元法数值模拟的影响．通过干扰区、干扰幅度和计算时间的比较,确定比较理想的出口边界条件．     

基于FTM方法的二维Kelvin-Helmholtz不稳定性数值模拟

使用界面跟踪法FTM（Front Tracking Method）对二维不混溶、不可压缩流体的K-H（Kelvin-Helmholtz）不稳定性进行数值模拟。研究表明,速度梯度层越厚,界面在水平分量中移动越快,卷起越少;初始水平速度差越大,界面卷起越多,内扰动增长速度越快,K-H不稳定性的特征形式更加明显;此外,在Neumann边界条件（即无滑移边界条件）下界面的扰动发展得比Dirichlet边界条件（即对称边界条件）下的扰动快。由于Dirichlet边界中的边界层,在开始时刻涡量扩展到两侧,影响了K-H不稳定性的生长速率;而在Neumann边界条件下涡量由于初始水平速度差,在界面中心聚集。最后,研究了不同边界条件下各种理查德森数对K-H不稳定性的影响。     

杆件在纵横荷载作用下的复杂弯曲对船体骨架的影响

论文首先推导杆件在复杂弯曲下的微分方程,从弹性杆件两端固定在弹性支座上这种最一般的边界条件出发,通过积分求得挠度曲线,进而以实际船体骨架为例,分析轴向力对船舶骨架的弯曲要素的影响.     

等几何分析中采用Nitsche法施加位移边界条件

等几何分析使用NURBS基函数统一表示几何和分析模型,消除了传统有限元的网格离散误差,容易构造高阶连续的协调单元.对于结构分析,选择合适的几何参数可以得到光滑的应力解,避免了后置处理的应力磨平.但是由于NURBS基函数不具备插值性,难以直接施加位移边界条件.针对这一问题,提出一种基于Nitsche变分原理的边界位移条件"弱"处理方法,它具有一致稳定的弱形式,不增加自由度,方程组对称正定和不会产生病态矩阵等优点.同时给出方法的稳定性条件,并通过求解广义特征值问题计算稳定性系数.最后,数值算例表明Nitsche方法在h细化策略下能获得最优收敛率,其结果要明显优于在控制顶点处直接施加位移约束.     

IMPOSING DISPLACEMENT BOUNDARY CONDITIONS WITH NITSCHE＇S METHOD IN ISOGEOMETRIC ANALYSIS

等几何分析使用 NURBS 基函数统一表示几何和分析模型, 消除了传统有限元的网格离散误差, 容易构造高阶连续的协调单元. 对于结构分析, 选择合适的几何参数可以得到光滑的应力解, 避免了后置处理的应力磨平. 但是由于 NURBS 基函数不具备插值性, 难以直接施加位移边界条件. 针对这一问题, 提出一种基于 Nitsche 变分原理的边界位移条件“弱”处理方法, 它具有一致稳定的弱形式, 不增加自由度, 方程组对称正定和不会产生病态矩阵等优点. 同时给出方法的稳定性条件, 并通过求解广义特征值问题计算稳定性系数. 最后, 数值算例表明 Nitsche 方法在h细化策略下能获得最优收敛率, 其结果要明显优于在控制顶点处直接施加位移约束.}