非定常不定边界问题边界无法的若干进展

对于复杂的非线性工程问题的数值模拟,边界元法（ＢＥＭ）日益显示出优于区域解法的长处,特别是时间相关（需按时段逐步迭代推进）和含各种不定边界（造成可变区域,网络需不断重分）的情形,ＢＥＭ可显著减少存贮要求与计算量．针对非线性问题数值模拟的主要难点,即微分算子线性化,时间相关项与可动边界（非线性边条）的处理等,综述了国内外边界无法学术界的近期研究进展,总体目标是寻求一种适应多种微分算子、非线性迭代和时段推进计算效能高的稳定数值模式．      

不定边界问题的边界元和有限元数学模型

对于不可压缩有势流动,有两类典型的不定边界或可动边界问题,即定常型不定边界如常水位闸门出流、过水坝或过水闸、水堰绕流及射流等,非定常型的不定边界如装液容器内的流体晃动问题.它们的共同特点是自由面位置与形状事先是的,需在计算过程中调整网格作自由面拟合.且由于自由面条件呈强烈非线性,给不确定数值计算带来困难.本文综述了两类不定边界问题的有限元和边界元模式,简述了笔者的一些计算经验.      

边界吸收效应对非定常剪切弥散的影响

采用延迟扩散方程［７，９］描述了具有边界吸收条件下，非定常剪切流动中的剪切弥散特性．给出了记忆函数、中心位移函数的控制方程．特例分析结果表明：所采用的模型方程是合理的；边界吸收效应使得纵向浓度分布具有后倾的趋势．这主要是由于边界吸收使得低速强剪切区浓度减少，剪切弥散贡献减少，从而污染物对流速度高于断面的平均速度．     

单侧摩擦约束夹杂物的瞬态弹性波散射的时域边界元分析--反平面情况

应用时域边界元法研究了瞬态SH波对单侧摩擦约束夹杂物的散射问题.假设摩擦遵守库仑定理,当入射SH波足够强时界面会出现局部滑移.发展了一种有效的迭代技术以确定边界上的未知区域(滑移和粘着区).算例计算了无限域中圆柱埋置夹杂物对瞬态SH波的散射问题.     

单侧摩擦接触约束夹杂物与平面波的动力相互作用--时域边界元分析

应用时域边界元法研究了瞬态平面波对单侧摩擦约束夹杂物的散射问题.假设界面摩擦遵守库仑定理.当入射波足够强时界面会出现局部分离和滑移.由于边界上的区域(分离区、滑移区和粘着区)是未知的,所以该问题实际上是个复杂的边界非线性问题.为了确定未知区域,该文发展了一种有效的迭代技术.作为算例,计算了一个无限域中圆柱埋置夹杂物对瞬态平面波的散射问题.     

用于设计灵敏度分析的弹粘塑性边界元法

基于一致切线算子概念的弹粘塑性隐式边界元方法,进行了弹粘塑性设计灵敏度分析.采用了Perzyna经典粘塑性本构模型,针对包含各向同性硬化和运动硬化的混合硬化模型,导出了弹粘塑性灵敏度分析的径向返回算法和一致切线算子.利用直接微分的方法,建立了设计灵敏度分析的弹粘塑性边界元增量方程,导出了弹粘塑性径向返回的灵敏度公式.给出了在不同粘塑性流动参数下的三个典型算例的结果,与ANSYS结果相吻合,证明了方法是正确的.     

非线性泊松问题的拟线性化边界积分方法研究

非线性泊松问题在热传导和多孔催化粒子的扩散反应等问题中是非常常见的,为此,利用广义拟线性化迭代理论,提出了一种非线性泊松问题的新的数值迭代方法.该方法将非线性方程转化成一序列线性方程的迭代,其优点是初始值的选取具有一定的理论基础,并且在一定的初始值条件下,迭代结果将单调地收敛于非线性问题的解.将此迭代方法与边界元和双互易杂交边界点方法结合,并用于非线性泊松问题的求解,比较了两种方法的结果精度,收敛速度及不同初始值下的稳定性.结果显示,基于拟线性化的双互易杂交边界点法具有较高的稳定性和计算效率,并且收敛速度为平方阶.     

MOVING-FINITE-ELEMENT SOLUTION OF TIME-DEPENDENT PARTIAL DIFFERENTIAL EQUATIONS IN TWO SPACE DIMENSIONS

The aim of this paper is to show the capability of the 2D moving-finite-element method (MFE) to solve different kinds of time-dependent partial differential equations having solutions with steep moving fronts, rotating pulses, or other features involving fine scale structures. Some difficulties are discussed that can arise, e.g., the treatment of second-order differential operators in combination with MFE. The numerical performance of MFE applied to three model examples, each from a different subclass of PDEs, is studied. Some of the examined aspects are: the efficiency of the temporal integration process, the effect of the regularization parameters (penalties), and the effect of the (PDE-)diffusion coefficient. Further, a more sophisticated application of MFE to a 2D brine transport problem in a porous medium is discussed.

1991 Mathematics subject classification: Primary: 65M60. Secondary: 65M20, 65M50.     

非完整系统的第一积分与其变分方程特解的联系

本文给出非完整系统的变分方程,研究它们的解,并证明在一定条件下可利用第一积分来得到变分方程的特解,最后举例说明其应用。     

点的复合运动中任意相切型问题速度分析的一种特殊解法

对于相切型问题,实际作定轴转动刚体外形可能为任意封闭曲线,传统利用圆心到接触点距离保持不变特性选择动点的方法无法求解。针对这类问题,在教学中采用瞬时运动学分析方法,即找一特殊动点。该瞬时相对速度为零,从而得到所需要求解的运动学量,方法简单且直观。本文首先证明该特殊动点的存在性和唯一性,然后给出特殊动点的确定方法,最后给出3个求解实例。该方法在本校理论力学教学中得以实践,学生反映容易掌握和理解。

     

滑动最小二乘插值函数在板弯曲问题上的应用

利用滑动最小二乘插值函数作为加权残值法的试函数,分析了该试函数的拟合特性,对试函数中的基函数以及权函数的选取提出了建议;采用最小二乘配点法求出试函数中的系数,进而可得到定解问题的近似解;利用该试函数对薄板的挠曲、中厚板的弯曲两个例子进行了数值计算,并与理论结果或其它数值结果进行对比,结果表明,该试函数适用于多种边值问题,且精度高. 该法简化了选择试函数的过程,尤其适用于工程中的各种数值计算.     

SOME PROBLEMS WITH THE METHOD OF FUNDAMENTAL SOLUTION USING RADIAL BASIS FUNCTIONS

The present work describes the application of the method of fundamental solutions (MFS) along with the analog equation method (AEM) and radial basis function (RBF) approximation for solving the 2D isotropic and anisotropic Helmholtz problems with different wave numbers. The AEM is used to convert the original governing equation into the classical Poisson's equation, and the MFS and RBF approximations are used to derive the homogeneous and particular solutions, respectively. Finally, the satisfaction of the solution consisting of the homogeneous and particular parts to the related governing equation and boundary conditions can produce a system of linear equations, which can be solved with the singular value decomposition (SVD) technique. In the computation, such crucial factors related to the MFS-RBF as the location of the virtual boundary, the differential and integrating strategies, and the variation of shape parameters in multi-quadric (MQ) are fully analyzed to provide useful reference.     

非线性力学场论的几个基本课题

最近10年,在变形体转动的描述和应用,应变的度量和应用,以及应力,应变的客观性导数这三个非线性力学场论中互相关联的基本课题方面,提出了许多新问题,作出了大量的研究工作.本文综合介绍了其中一些方面的情况,并概述了笔者的相应工作.      

准脆性材料中强不连续问题的数值方法若干应用及其研究进展

综述了模拟准脆性材料开裂过程的数值计算方法的研究进展和工程应用,比较了表征强不连续问题的显式非连续模型和隐式非连续模型的优缺点.结合混凝土粘结裂纹, 重点讨论了嵌入非连续模型,扩展有限元方法和富集有限元技术等非连续方法的构造特征和本质区别.从各种富集方法的理论完备性考察,以假定发展应变为基础的嵌入非连续方法虽然可以解决混凝土开裂过程中的应力锁死,满足内部边界的静力平衡条件以及反映开裂后的位移不连续问题,但嵌入非连续所采用的富集函数在开裂单元中并不能满足协调条件,使非连续两侧的应变不独立. 其局限性是由于富集自由度在单元的水平上引入,而以单位分解为基础的扩展有限元和富集有限元的富集函数以节点自由度的方式引入,除具有嵌入非连续的优点, 还可以有效消除嵌入非连续引起裂纹两侧应变的相互影响.文中同时指出了网格重构技术,弥散裂纹模型的局限性以及扩展有限元和富集有限元技术在构造方式上的细微差别.对于节点自由度方式引入的富集函数, 其操作困难性在文中也作了说明.      

一类偏微分方程组的一般解及其在壳体理论中的应用

本文给出了构造一类偏微分方程组一般解的方法,用这种方法构造的一般解是完备的。最后,利用这个方法构造了壳体中的柱壳平衡方程和锥壳运动方程的一般解。     

磁头精定位控制中压电致动特征的解析解

利用压电弹性介质的二维本构关系,对于分割电极片状压电致动器在恒定的反平行电场作用下的电-力致动特性,在对自由端边界作圣维南意义下的放松处理后,采用弹性力学的半逆求解方法,导出了其力-电耦合的静态位移和应力分布的解析解.通过将所得解析解与没有简化假设的有限元数值解进行比较,结果表明:所得解析解的致动特性（即自由端位移随外加电压的变化特征）与数值解的结果几乎完全重合,表明其二维解析解是有效和可靠的.