规划-迭代型弹塑性摩擦接触多极边界元法

提出基于多极展开法的规划-迭代型的高度非线性方程的IGMRES(m)高效求解法,并建立其收敛性理论。本法适用于三维弹塑性摩擦接触多极边界元法,有效处理弹塑性摩擦接触迭代的繁杂和费时问题。数值试验证明,本求解法在确保数值精度的前提下,可减少迭代次数,显著提高计算效率。     

边界元法解摩擦型的弹性接触问题

1.弹性接触问题的边界积分方程以两个相互接触弹性域Ω~A和Ω~B为研究对象(图1).对任一弹性域Ω~K及边界Γ~K,可以推导出以增量形式写出的弹性接触问题的边界积分方程     

基于边界元法求解三维弹性摩擦接触问题

边界元法求解三维摩擦接触问题,其中一个关键点在于如何确定滑移方向。即当出现相对滑移时,滑移方向如何确定。当前常采用的方法是,粘结点利用切向面力得到滑移方向,滑移点利用切向相对位移得到滑移方向。不过该方法难以保证收敛性。针对这一问题,本文采用滑移方向预测技术得到滑移方向。即以后出现相对滑移时,滑移方向采用预测技术中得到的滑移方向。由于摩擦接触问题和历史加载相关,本文采用增量法求解。不同摩擦系数下的数值结果都证明了本文算法的有效性和收敛性及滑移方向预测技术的有效性。     

三维弹塑性有限变形问题边界元法中奇异积分的直接分析去奇解法

作为本文作者研究工作的继续,本文提出了处理三维弹塑性有限变形问题边界元法中二次元区域弱奇及Cauchy 主值奇异积分的二次极坐标变换—分析去奇法.该方法先通过适当的二次极坐标变换降低奇异积分的奇异性,然后利用Causs 散度定理去除Cauchy主值积分的奇异性.通过三维弹塑性及三维有限变形问题数值算例说明该方法具有良好的精度及数值稳定性,并且实施较方便.本文方法可直接推广应用于二阶以上高阶元离散模型奇异积分处理.     

摩擦接触弹塑性分析的数学规划法

本文提出摩擦接触弹塑性分析的数学规划法,是弹性接触问题解法的推广,使之能处理比例加载时的塑性效应。利用所导出接触问题总刚度阵的逆,结合参变量线性互补公式,仍可消去由接触单元而引入的惩罚因子。于是,可以获得一个弹塑性问题、弹性接触和弹塑性接触问题的有限元参数二次规划法模型。所选的几个实例说明了方法的实用性。     

三维弹塑性接触边界元网络并行解法

给出三维弹塑性接触边界元网络并行解法及C语言源程序。借助于网络中的两台微机对宽犀比为200的板带轧制过程进行了数值模拟，与原单机上运行的传统串行计算方法相比，在确保数值精度条件下，缩短计算时间，提高了计算效率。     

二维弹性接触问题中随机边界元法与可靠性分析

发展了二维弹性接触问题中的随机边界元法，推导并建立了相应的随机边界元基本方程，并将所发展的方法用于静强度的可靠性分析，讨论了其数值解技术。通过算例分析表明，本文发展的方法是可行的。     

弹塑性摩擦接触问题形状设计灵敏度分析

提出了一种计算二维有限变形弹塑性摩擦接触问题形状设计灵敏度的算法. 采用主动集策略和mortar方法处理接触边线上的约束条件. 在mortar接触边线的切线和法线方向上采用相同的名义罚函数,提出基于名义罚函数的移动摩擦锥算法来正则化接触约束条件,发展了一种新的二维多体有限变形摩擦接触算法. 在此基础上, 通过将离散形式的摩擦接触问题控制方程对形状设计变量微分,得到了该路径相关问题的直接微分法解析设计灵敏度计算格式, 其节点位移灵敏度方程在每个增量步不用迭代、直接求解. 与国际上现有的二维多体有限变形摩擦接触问题的解析设计灵敏度算法相比,本算法不需分解为法向和切向推导,表达式较简洁,便于编程实现. 数值算例验证了算法的精度和有效性.      

边界元法应用的若干近期研究

边界元法是在有限元法等其它数值方法的推动和竞争下发展的,作为一种数值方法,发展其实际应用至关重要,本文扼要介绍作者们近期近作若干工作,其中包括：二维弹性体移动接触和滚动接触,网络要群环境下边界元并行计算,以及二维三维边界元实用软件及应用等。     

弹性与弹塑性问题的有限元与边界元耦合解法

本文提出了一种新的弹性与弹塑性问题的对称耦合解法，根据分区广义变分原理，直接导出问题的求解方程式。通过典型算例，验证了该方法的有效性，本文建议的方法怀超单元形式的耦合法相比，在理论上比较直接，在计算上更为经济。     

双材料基本解弹塑性边界元法

提出并研究采用双材料基本解的弹塑性边界元法,得到了内点应力公式中有关奇点塑性应变自由项的完整表达式,并利用非连续边界单元和非连续区域单元解决了当奇点位于界面上时该自由项难于确定,以及计算区域Cauchy主值积分的常塑性应变场法在与界面相连的奇异区域单元上无法实施的困难．采用双材料基本解的弹塑性边界无法针对双材料的结构特点,特别适于分析有关弹塑性双材料界面及界面裂纹问题．     

弹塑性问题的边界元—流动因子线性互补解

1.前言尽管求解弹塑性问题已有许多方法,但一般来说,如不采用迭代法则不可避免地会产生有效应力偏离屈服面的“漂移”现象.从近代发展起来的变分不等式和参变量变分原理出发所建立起来的有限元方程,较成功地把数学规划理论应用到非线性本构关系的应力分析中.本文方法与以往方法的最大区别在于,将边界元方程与弹塑性屈服准则联立,导出了按增量求解的线性互补方程.因此对任一荷载增量步,通过求解一次线性互补方程,将使边界元方程和屈服准则同时满足,从而既无须迭代又避免了有效应力的漂移.并且也适用于非法向的屈服流动、随机强化模型及Drucker-Prager 模型等.与文献[1-4]的     

考虑摩擦作用闭合裂纹应力强度因子计算的边界元分区算法

本文采用边界元分区算法研究考虑摩擦的闭合裂纹问题,简单裂纹系问题及非均匀介质中裂纹问题.在裂纹尖端采用了1/4面力奇异单元,并对相应的奇异积分给出了数值处理.对于复杂载荷下裂纹面计算给出了增量迭代算法,并采用方程减缩技术使迭代仅在裂纹上进行.计算实例表明方法是可行的.     

考虑粗糙结合面弹塑性接触的黏滑摩擦建模

提出一种同时考虑粗糙面上微凸体弹性变形和塑性接触的切向黏滑摩擦建模方法.采用Hertz弹性理论和Mindlin解描述弹性接触微凸体的切向载荷和相对变形的关系;采用AF(Abbott-Firstone)塑性理论和Fuji moto模型描述塑性接触微凸体切向载荷和相对变形的关系.再利用GW(Greenwood-Williamson)模型统计分析方法建立粗糙表面切向载荷和相对变形之间的关系.将模型与仅考虑微凸体弹性接触情况的模型进行对比,并研究了不同塑性指数对切向载荷和相对变形关系的影响.结果表明:与完全弹性接触模型相比,论文模型引入了塑性接触理论,能够更好地描述粗糙表面切向载荷和相对变形关系,并且考虑不同接触条件下弹性变形微凸体和塑性变形微凸体对切向接触载荷的贡献,在微滑移阶段,主要由弹性接触变形影响,而在进入宏观滑移阶段之后,切向行为主要由塑性变形影响.界面切向载荷由黏着和滑移接触作用共同决定,随着切向变形的增加,滑移接触力逐渐增加,而黏着接触力先增加后减少,反映了界面由微滑移逐渐向宏滑移演化的过程.随着塑性指数的增加,粗糙面上发生塑性接触的微凸体数目逐渐增加,切向黏滑行为主要受到塑性接触特征的控制.     

虚边界元法的应用及其求解方法

由弹性力学问题的虚边界元方法出发，给出若干算例，对基在接触，塑性，蠕变等非线性问题中的应用，做了进一步探讨，提出了相应的求解方案。     

考虑材料温度相关性的二维轮轨弹塑性滑动接触温升分析

轮轨滑动接触温升的准确预测对于轮轨的磨耗和疲劳研究均具有重要意义.目前的轮轨温升解析或半解析模型通常考虑Hertz弹性接触压力分布和单一材料属性的温度相关性,与实际的轮轨传热状态尚有一定偏差,因此在轮轨滑动温升计算模型中考虑接触压力的塑性修正和多种材料属性的温度相关性,有望提高温升预测结果的准确性.基于弹塑性接触理论,同时考虑热导率、比热容和摩擦系数的温度相关性,通过基尔霍夫变换方法以热导率温度相关性函数的积分作为待求量,将复杂的非线性Fourier导热方程转化成含单个变系数的简单偏微分方程形式,从而构建了一种不限制材料温度相关性函数形式的统一隐式差分求解格式,分别讨论了对流换热系数、法向载荷、蠕滑率以及行车速度对钢轨表面滑动温升的影响.结果表明,当列车高速行驶时,对流换热系数对轮轨滑动温升的影响甚微;蠕滑率和行车速度的增大,均会引起摩擦功率的增大,进而导致钢轨表面温度的升高;钢轨表面滑动温升的峰值随法向载荷的增大而近似线性上升.此外,在轮轨滑动温升计算模型中考虑材料属性的温度相关性可有效避免对滑动温升的过分高估,且摩擦系数的温度相关性对温升的影响要显著强于热导率和比热容.     

断裂力学的半解析相似边界元法

本文首先对弹性力学的相似边界元法进行了研究，推导了相应的计算公式。与传统的边界元法相比，相似边界元法由于只需在少数单元上进行数值积分，大大减少了计算量。在此基础上，对断裂力学问题，利用裂纹尖端位移场的解析表达式将裂纹尖端节点未知量转化为几个待定常数，提出了半解析相似边界元法，可大大减少最终形成的线性代数方程组的系数矩阵的阶数，进一步减小计算量。最后给出了算例，说明了本文方法的有效性。     

三维结构在循环加载条件下弹塑性分区边界元法及其应用

本文发展了一种三维结构在单调和循环加载条件下的弹塑性分析的分区边界元法并完成了相应软件的开发。采用了改进的双面理论模拟循环加载条件下的材料性质,引进了有效的奇异积分数值处理方法和推广的返回向量法(作为双面本构理论的近似积分方法,最后,运用该软件对常用的工程构件——吊钩进行了应力应变分析,并与相应的实验结果作了较为详细的比较分析。