八节点等参边界元在复杂结构细部“未开裂应力”计算中的应用

本文研究八节点等参边界元在海洋工程结构强度分析中的应用,着重进行复杂结构细部断裂分析或疲劳寿命估算时“未开裂应力”的计算。文章通过厚壁圆筒和十字型管状节头计算某些“未开裂”处的应力分布,作为裂纹体模型的“未开裂应力”,研究表明:采用八节点等参边界元,即使划分很少的单元和选用很少的节点其计算结果的精度还是令人满意的,本文还讨论了有效的奇异积分的数值处理方法。     

等参管单元及其在热传导问题边界元法中的应用

采用边界元法(BEM)求解实际工程问题时,很大一部分误差来自于离散误差。为此,本文基于Lagrange插值原理,提出了一种三维等参管单元边界元算法,该单元能很好地模拟管状结构的几何外形并对物理量进行高阶插值,大大地消除了离散误差。另外,当在边界元法中使用等参管单元时,提出了一种在等参平面内消除积分奇异性的方法。算例表明,本文算法具有划分网格少,求解精度高的优点。     

用边界元方法分析复合材料中的裂纹问题

利用层状材料的广义Klevin基本解，建立了计算三维层状材料中的裂纹边界元方法。采用边界元方法中的多区域方法和能反映均匀介质中裂纹尖端应力场和位移场特征的面力奇异单元。裂纹的应力强度因子由裂纹面上的位移经插值计算得到。算例分析表明，本文建议的方法可以获得较高的计算精度。     

等参奇性元在双孔边裂纹平板分析中的应用及其计算精度研究

本文用八节点等参数单元及其相应的奇性元,对两种双孔边裂纹平板的应力强度因子进行了计算。文中首先导出了平面复合型裂纹问题应力强度因子K_1、K_Ⅱ与等参奇性元节点位移间的关系式,作为用等参单元法推算应力强度因子的依据;然后,以单边裂纹板条为数值例子,对于等参奇性元尺寸的选择、裂纹段单元的配置以各种推算应力强度因子的方法与计算精度之间的关系进行了研究;最后,按一定精度的要求选择等参奇性元尺寸和裂纹段单元配置数,并以三种推算方法计算了两种双孔边裂纹平板的应力强度因子值。     

三维裂纹扩展轨迹的边界元数值模拟

提出了一种对三维裂纹扩展轨迹进行数值模拟的新方法。采用一种新的具有C^1连续性、高精度的单节点二次边界单元，使边界元(BEM)的分析效率和裂纹张开位移(COD)、应力强度因子(SIF)的精度大大提高。采用裂纹张开位移全场拟合法(GCDFP)求出裂纹面前缘的SIF，所得到的SIF达到与所用的COD资料同样的精度。使用Paris公式求出裂纹前缘各点的裂纹扩展增量，并用三次B样条函数对这些增量进行拟合，得到新的光滑裂纹前缘。根据以上思想方法，开发了具有较高的计算效率和精度的数值模拟软件。此软件可以自动跟踪裂纹扩展，得到裂纹扩展的轨迹。运用该软件对椭圆和矩形裂纹的扩展轨迹进行了数值模拟。其结果与理论上的预言完全一致，裂纹最后都趋于一个圆裂纹，具有实际指导意义。     

降低边界元积分核奇性的方法

平面问题中,奇性为1/r阶的积分核可通过分部积分一次降低奇性,从而得到两个积分核都是lnr阶奇性的积分方程。同时变成以位移的导数为基本未知量,本文对这一方法作了进一步的研究和探讨,对其中的不稳定现象提出了处理的办法。几个算例证明了文中的处理是可行的。并对此方法的优点作了进一步说明。     

含裂纹粘接结构的边界元应力分析

本文采用子域法和直接应力奇异单元法求解二维粘接结构中的裂纹问题。子域法把粘接结构划分为三个子域,根据每个子域的边界积分方程和子域间的界面条件,可以建立粘接结构的边界积分方程组。直接应力奇异单元能够在整个单元长度上反映裂纹端部的1/r~(1/2)奇异性,在计算时可以通过坐标变换消除奇异单元积分中的奇异性,直接计算出应力强度因子。含裂纹多层结构的数值示例和粘接补强单边裂纹板的应力测试和疲劳试验结果证实了本文方法的有效性。     

水闸闸室结构三维样条边界元分析

用三维样边界元法分析水闸闸室结构。底板，闸墩和载水墙等为其子结构，交通桥，工作桥和胸墙等处理为内部支撑。地基和边载可以是任意的，只要能给定地表位移面力关系。在各种工况下，不论是设置平板门还是弧形门，是平底板是反拱底板，即使在稀疏剖分下也能给出高精度的位移场，应力场和地基反力场。     

表面裂纹问题瞬态响应的边界元分析

本文将拉氏变换-边界元法用于表面裂纹问题的瞬态响应分析。文中讨论了拉氏反演参数的选择和动态应力强度因子的计算方法。作为程序的考核和离散方案的选择,分别地计算了水平柱体一端固定、另一端受p(t)=poH(t)载荷时的位移响应和具有贯穿裂纹的厚板在两种离散方案时的动态应力强度因子响应。最后,还计算了若干载荷工况的半圆表面裂纹板应力强度因子的瞬态响应,获得了有效的数值结果。     

用退化变换法消除三维弹塑性裂纹分析边界元模式中的奇异性

本文提出了一套坐标变换关系式,运用于带1/r,1/r~2,1/r~3乃至1/r~4型奇异性的积分运算,并可有效地消去积分核函数的奇异性,显著提高数值积分的精度。所述方法应用于三维弹塑性裂纹分析,对相应边界元表达式中所有奇异面积分(弹性区)和体积分(局部塑佳区)都作了恰当处理,并通过实例计算和有关理论结果进行了比较,表明吻合良好。     

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。     

三维切口/裂纹结构的扩展边界元法分析

在线弹性理论中,三维 V 形切口/裂纹结构尖端区域存在多重应力奇异性,常规数值方法不易求解. 本文提出和建立了三维扩展边界元法 (XBEM),用于分析三维线弹性 V 形切口/裂纹结构完整的位移和应力场. 先将三维线弹性 V 形切口/裂纹结构分为尖端小扇形柱和挖去小扇形柱后的外围结构. 尖端小扇形柱内的位移函数采用自尖端径向距离 $r$ 的渐近级数展开式表达,其中尖端区域的应力奇异指数、位移和应力特征角函数通过插值矩阵法获得. 而级数展开式各项的幅值系数作为基本未知量. 挖去扇形域后的外围结构采用常规边界元法分析. 两者方程联立求解可获得三维 V 形切口/裂纹结构完整的位移和应力场,包括切口/裂纹尖端区域精细的应力场. 扩展边界元法具有半解析法特征,适用于一般三维 V 形切口/裂纹结构完整位移场和应力场的分析,其解可精细描述从尖端区域到整体结构区域的完整应力场. 作者研制了三维扩展边界元法程序,文中给出了两个算例,通过计算结果分析,表明了扩展边界元法求解三维 V 形切口/裂纹结构完整应力场的准确性和有效性.      

裂纹分析中的单节点二次边界元

提出一种新的边界单元:单节点二次元.利用这种单元,位移及其沿边界的切向导数在正规单元端点的连续条件自然得到满足.单节点二次元能很好地模拟角点处面力多值条件.特殊裂纹尖端单节点二次单元包括近裂纹尖端位移近似级数展开第二项.由于每个单元只有一个节点,计算程序大大简化.对直裂纹、圆弧裂纹和边裂纹进行了计算.数值计算结果表明,单节点二次边界单元计算精度高,收敛性好.     

三维界面裂纹的奇性应力场和应力强度因子分析

使用有限部积分概念和极限方法得到了三维平片界面裂纹的超奇异积分－微分方程组后,进一步利用二维超奇异积分主部分析方法,对裂纹前沿的应力场作了理论分析,并获得了其奇性应力场和裂纹面位移间断表示复位应力强度因子的精确表达式,为三维平片界面裂纹的超奇异积分－微分方程组的求解建立了数值方法,并分析了界面椭圆平片裂纹问题,和现有解比较,所得数值结果令人满意。     

三维常数势边界元中的精确积分

对三维问题边界元方法中应用最广泛的常数边界元的积分提出一种精确积分方法。借助于一个假想的闭合曲面,将特定的势场应用于边界积分方程,发现对于三维问题,常数势项的积分可以化作球面三角型的面积计算,而导数项的积分则可在平面域用极坐标进行。本文方法结果精确,公式简单,同一计算公式可以用来计算非奇异、几乎奇异和奇异积分,统一了积分算法。     

非线性结构分析中三维过渡等参单元及其应力平滑方法

给出了三维四、六、八节点过渡等参元的模型，推导出了相应的应力平滑公式，编制了计算程序，并通过弹塑性问题和接触问题例题考核，结果良好。     

非线性结构分析中三维过渡等参单元及其应力平滑方法

给出了三维四、六、八节点过渡等参元的单元模型，推导了相应的应力平滑公式，编制了计算程序，并通过弹塑性问题和接触问题例题考核，结果良好。