薄板弯曲问题的虚边界元-最小二乘法

本文提出求解任意形状的薄板弯曲问题的虚边界元-最小二乘法。本法首先利用薄板弯曲平衡方程的格林函数和离开实际边界上分布的未知的横向荷载和法向弯矩函数建立满足实际边界条件的积分方程;然后采用最小二乘法和沿虚边界分段离散化的待定的分布横向荷载和法向弯矩函数得到求上述积分方程离散化数值解的线性代数方程组。导出了一系列的数值积分的公式,并求解了许多例题,数值结果说明本法完全避免了奇异积分及其复杂的处理方法和耗时的运算,而且在边界及其附近区域解的精度比普通边界元(以后简称边界元)法大大地提高了。     

一种基于边界积分方程的隐式翼型反设计算法

本文由边界元方法出发,将适用于单连通空间Laplace问题的边界积分方程推广到带环量的多连通空间中,并对离散边界积分方程中的矩阵元积分式解析化,以避免在翼型尾缘处尖点附近直接利用数值积分计算矩阵元导致的数值振荡,对于以翼型表面压力分布为收敛目标的反设计问题,利用Newton- Raphson迭代求解满足该目标压力的非线...     

边界元理论在复杂外边界油藏水平井渗流中的应用

受构造作用的影响,实际油藏的外边界往往是复杂多样的.本文从渗流理论出发建立了复杂外边界油藏水平井渗流数学模型,并采用Lord Kelvin点源解、贝塞尔函数积分和泊松叠加公式等方法求解了复杂外边界油藏水平井的边界元基本解,利用边界元的理论建立了复杂外边界油藏水平井井底压力响应数学模型.通过计算得到了无因次压力和压力导数双对数理论图版,并在其基础上分析了复杂外边界油藏水平井渗流特征及其影响因素.     

二维边界元奇异积分和多域缩聚法分析

基于基本解的一种新的表达式，对二维边界元分析中奇异积分的精确求解进行了讨论，从几何方面对基本解的奇异性进行了分析，给出了超参非连续元离散位势和弹性力学问题边界积分方程时奇异积分计算的精确式，从而为判断各种近似方法的优劣和间接方法的精度提供了依据，也为精确地分析了大规模问题提供了一条有效的途径。     

三维Laplace方程边界元中线性单元的精确积分法

边界元中的边界积分计算影响计算精度和计算速度。非奇异积分一般采用数值积分，当配置点接近积分单元时，计算精度降低。未知函数线性插值得到的解是连续解，但计算难度增大。本文采用积分区域变换，将三维Laplace问题的二维积分化为一维积分，这样奇异积分和非奇异积分能采用精确积分的方法计算，使求解精度，计算速度都得到提高。     

边界积分方程——非连续边界元度散方法及其应用

利用非连续元离散边界积分方程,有效地解决了“角点效应”问题,对影响非连续元精度和分析效率的几个问题从数值计算的角度进行了讨论,将非连续边界元用于自适应边界元分析,给出了自适应边界元误差指示确定的一种方法,通过对具体实例分析表明了给所方法的可行性,。》     

边界元技术中的全特解场方法

采用相应基本解来构造全特解场，据而确定各该问题边界元方程系数矩阵的全部元素。解算中不涉及具体插值，不用数值积分，避免了奇异积分的数值处理，而任意点的物理量计算（如应力、声强等等）不依赖于待解的边界未知量，因而算效奇高，精度特好。适于求解各类数学物理和工程技术问题。     

功能梯度材料动态断裂力学的径向积分边界元法

采用径向积分边界元法分析功能梯度材料动态断裂力学问题. 该方法使用与弹性模量无关的弹性静力学开尔文基本解作为问题的基本解,在导出的边界-域积分方程中含有由材料的非均质性和惯性项引起的域积分,通过径向积分法将域积分转化为等效的边界积分,得到只含边界积分的纯边界积分方程;从而建立只需边界离散的无内部网格边界元算法. 采用候博特方法求解关于时间二阶导数的系统离散的常微分方程组. 最后通过数值算例验证本文方法的精度和有效性.      

非线性大变形问题边界元分析的自校正方法

针对用增量法求解非线性方程解的漂移问题，在非线性问题边界元法计算中建立了自我校正方法，对在拖带坐标上建立的增量形式的基本方程，引入Ｌａｎｇｒａｎｇｅ校正因子，以全量形式的基本方程作为其辅助方程，在此基础上导出含校正项的边界积分方程，边界元自我校正方法的建立有效地保证了在非线性问题的计算中最终收敛在其解附近，提高了计算精度和运算效率。     

梯度材料中矩形裂纹的对偶边界元方法分析

采用对偶边界元方法分析了梯度材料中的矩形裂纹. 该方法基于层状材料基本解,以非裂纹边界的位移和面力以及裂纹面的间断位移作为未知量. 位移边界积分方程的源点配置在非裂纹边界上,面力边界积分方程的源点配置在裂纹面上. 发展了边界积分方程中不同类型奇异积分的数值方法. 借助层状材料基本解,采用分层方法逼近梯度材料夹层沿厚度方向力学参数的变化. 与均匀介质中矩形裂纹的数值解对比,建议方法可以获得高精度的计算结果. 最后,分析了梯度材料中均匀张应力作用下矩形裂纹的应力强度因子,讨论了梯度材料非均匀参数、夹层厚度和裂纹与夹层之间相对位置对应力强度因子的影响.      

变系数渗流场的正交各向异性边界元分析

本文给出了计算复杂渗流场的简化方法.首先由加权余量法得到变系数渗流问题的积分方程.再将区域及边界剖分,对各单元使用形心处的渗透系数而化为正交各向异性问题.最后用正交各向异性问题的基本解,得到对应于边界单元法的线性代数方程组.算例表明方法可靠.     

A Boundary Element-Finite Element Equation Solutions to Flow in Heterogeneous Porous Media

Abstract. A coupled boundary element-finite element procedure, namely, the Green element method (GEM) is applied to the solution of mass transport in heterogeneous media. An equivalent integral equation of the governing differential equation is obtained by invoking the Green's second identity, and in a typical finite element fashion, the resulting equation is solved on each generic element of the problem domain. What is essentially unique about this procedure is the recognition of the particular advantages and particular features possessed by the two techniques and their effective use for the solution of engineering problems.By utilizing this approach, we observe that the range of applicability of the boundary integral methods is enhanced to cope with problems involving media heterogeneity in a straightforward and realistic manner. The method has been used to investigate problems involving various functional forms of heterogeneity, including head variations in a stream-heterogeneous aquifer interaction and in all these cases encouraging results are obtained without much difficulty.     

一种处理弹性动力边界元法中奇异积分的方法

利用边界元法求解瞬态弹性动力学问题时，时域基本解函数的分段连续性和奇异性为该问题的求解带来很大的困难。为了解决时域基本解中的奇异性问题，本文依据柯西主值的定义，对经过时间解析积分之后的时域基本解进行奇异值分解，将其分成奇异和正则积分两部分；其中正则部分可通过采用常规高斯积分方法来计算，而奇异部分具有简单的形式，可以利用解析积分计算。经过上述操作之后，就可以达到直接消除时域基本解中奇异积分的目的。和传统方法相比，本文方法并不依赖静力学基本解来消除奇异性，是一种直接求解方法。最后给定两个数值算例来验证本文提出方法的正确性和可行性，结果表明使用本文算法可以解决弹性动力学边界积分方程中的奇异性问题。     

Boundary element method to solve torsion problem of cracked cylinder

Separating the discontinuous solution by use of the single crack solution, together with the regular solution of harmonic function, the torsion problem of a cracked cylinder is reduced to solving a set of mixed-type integral equations and its numerical technique is then proposed by combining the numerical method of singular integral equation with the boundary element method. Several numerical examples are calculated which will be useful to engineering practice. The method proposed is characterized by its fine accuracy and convenience for using, which can be extended to the cases of multiple crack.The project supported by National Natural Science Foundation of China.     

三维非稳定渗流自由面边界积分项的精确数值计算

利用固定网格法分析三维非稳定渗流问题时,将要面对两项积分难题:以自由面及单元表面为边界的空间积分及以自由面为边界的曲面积分。针对常用的任意8结点6平面三维普通单元,提出采用坐标变换及等参变换技术求取空间积分项的精确数值解;至于曲面积分项,建议改用单元非饱和区部分表面作为积分边界,经过坐标变换及等参变换处理积分边界后,利用高斯数值积分可求出曲面积分项的精确数值解。通过一个普通单元及一项均质半无限边界堤坝的实例分析,表明此方法的精确性和稳定性良好。     

敷设多孔吸声材料声腔特征值分析的径向积分边界元法

由于Helmholtz方程的基本解是频率的函数,因此传统边界元法在处理声场特征值问题时具有天生的缺陷。本文采用Laplace方程基本解生成积分方程,通过径向积分法将在此过程中产生的域积分项转化为边界积分。此方法克服了传统边界元法系数矩阵对频率的依赖,同时克服了特解积分法对特解的依赖,并通过对表面声导纳的多项式逼近,将敷设多孔吸声材料声腔特征值问题转化为矩阵多项式,从而避免了复杂的非线性求解。通过数值算例验证了算法的有效性。     

低渗透多孔介质渗流动边界模型的解析与数值解

考虑启动压力梯度的低渗透多孔介质非达西渗流模型属于强非线性动边界问题, 分别利用相似变量变换方法和基于空间坐标变换的有限差分方法, 对内边界变压力情况下、考虑启动压力梯度的一维低渗透多孔介质非达西渗流动边界模型进行了精确解析与数值求解研究. 研究结果表明:该动边界模型存在唯一的精确解析解, 且所求得的精确解析解可严格验证数值解的正确性;且当启动压力梯度值趋于零时, 非达西渗流动边界模型的精确解析解将退化为达西渗流情况下的精确解析解. 由求解结果作出的非零无因次启动压力梯度下的地层压力分布曲线表现出紧支性特点, 其与达西渗流模型的有显著不同. 因此, 研究低渗透多孔介质中非稳态渗流问题时, 应该考虑动边界的影响. 研究内容完善了低渗透多孔介质的非达西渗流力学理论, 为低渗透油气藏开发的试井解释与油藏数值模拟技术提供了理论基础.      

三维压裂缝网不稳定压力半解析求解方法

受地应力及压裂工艺影响, 大斜度井水力压裂缝网展布复杂, 缝网中存在不同倾斜方向、不同展布形态及不同贯穿程度的压裂缝. 本文通过将裂缝面离散为若干矩形微元实现裂缝形态有效表征, 将渗流过程划分为基质向裂缝流动及裂缝向井筒流动两阶段, 采用有限差分方法构建离散裂缝面内不稳定渗流数值解, 结合封闭边界面源函数及叠加原理构建基质内不稳定渗流解析解, 耦合裂缝内流动数值解与基质内流动解析解, 求解了三维压裂缝网不稳定压力. 基于积分中值定理提出了点源、特殊线源代替面源求解基质内渗流的求解方法, 分析了该方法的可行性及适用条件, 在保证模型精度的同时提升了计算效率. 研究表明, 在基质内采用点源函数面积分求解面源的方法可准确求解三维压裂缝网井底压力动态但计算效率极低, 基于积分中值定理的点源、特殊线源近似面源求解方法可大大提升计算效率, 且在裂缝微元划分较为精细(微元无因次边长小于0.15)时可取得较高精度, 基于该模型分析了裂缝导流能力、裂缝倾角、裂缝高度及裂缝段间距对压裂大斜度井典型试井曲线的影响.