弹性力学问题中一个新的边界积分方程——自然边界积分方程

位移导数边界积分方程一直存在着超奇异积分计算的障碍.该文提出以符号算子δij和εij作用于位移导数边界积分方程,施用一系列变换将边界位移、面力和位移导数转成为新的边界张量,从而得到一个新的边界积分方程——自然边界积分方程.自然边界积分方程的奇异性为强奇性,文中给出了相应的Cauchy主值积分算式.自然边界积分方程与位移边界积分方程联合可直接获取边界应力.几个算例表明了自然边界积分方程的正确性.     

三维位势问题的梯度边界积分方程的新解法

三维位势问题的边界元分析中,关于坐标变量的边界位势梯度的计算是一个困难的问题.已有一些方法着手解决这个问题,然而,这些方法需要复杂的理论推导和大量的数值计算.本文提出求解一般边界位势梯度边界积分方程的辅助边值问题法.该方法构造了与原边界值问题具有相同解域的辅助边值问题,该辅助边值问题具有已知解,因此通过求解此辅助边值问题,可获得梯度边界积分方程对应的系统矩阵,然后将此系统矩阵应用于求解原边值问题,求解过程非常简单,只需求解一个线性系统即可获得原边值问题的解.值得注意的是,在求解原边值问题时,不再需要重新计算系统矩阵,因此辅助边值问题法的效率并不很差.辅助边值问题法避免了强奇异积分的计算,具有数学理论简单、程序设计容易、计算精度高等优点,为坐标变量梯度边界积分方程的求解提供了一个新的途径. 3个标准的数值算例验证了方法的有效性.     

导数场边界积分方程分析近边界应力分布

研究二维弹性力学问题边界积分方程,通过分部积分变换消除了常规导数边界积分方程中的超奇异积分,获得仅含强奇异积分的应力自然边界积分方程.对于近边界应力的计算,进一步运用正则化算法解析计算其中的几乎强奇异积分.较常规边界元法相比,应力自然边界积分方程可以求解离边界更加接近的内点应力值.算例证明了文中方法的可应用性和有效性.     

不可压粘流N－S方程的边界积分解法

对原变量的Ｎ－Ｓ方程进行一阶时间离散，采用共轭梯度法解除压强－速度的耦合．对所得的一系列Ｌａｐｌａｃｅ方程、Ｐｏｓｓｉｏｎ方程和Ｈｅｌｍｈｏｔｚ方程均进行边界积分法求解，首次得到了粘性Ｎ－Ｓ方程的边界积分表示式．圆柱的定常、非定常尾迹计算结果表明了本文方法的有效性．     

不可压粘流N－S方程的边界积分解法

对原变量的Ｎ－Ｓ方程进行一阶时间离散，采用共轭梯度法解除压强－速度的耦合．对所得的一系列Ｌａｐｌａｃｅ方程、Ｐｏｓｓｉｏｎ方程和Ｈｅｌｍｈｏｔｚ方程均进行边界积分法求解，首次得到了粘性Ｎ－Ｓ方程的边界积分表示式．圆柱的定常、非定常尾迹计算结果表明了本文方法的有效性．     

夹层板的复变边界元解法

本文用全纯函数表示微分方程△f(x,y)-λ(~2)f(x,y)=0的一般解,粮据全纯函数的Bekya积分表示法,建立了复数域内的边界积分方程并针对各种边界条件下Reissner型夹层板、Hoff型夹层板进行了数值求解。     

夹层板的复变边界元解法

本文用全纯函数表示微分方程△f(x,y)-λ(~2)f(x,y)=0的一般解,粮据全纯函数的Bekya积分表示法,建立了复数域内的边界积分方程并针对各种边界条件下Reissner型夹层板、Hoff型夹层板进行了数值求解。     

弹性力学的一种边界无单元法

首先对移动最小二乘副近法进行了研究，针对其容易形成病态方程的缺点，提出了以带权的正交函数作为基函数的方法－改进的移动最小二乘副近法，改进的移动最小二乘逼近法比原方法计算量小，精度高，且不会形成病态方程组，然后，将弹性力学的边界积分方程方法与改进的移动最小二乘逼近法结合，提出了弹性力学的一种边界无单元法，这种边界无单元法法是边界积分方程的无网格方法，与原有的边界积分方程的无网格方法相比，该方法直接采用节点变量的真实解为基本未知量，是边界积分方程无网格方法的直接解法，更容易引入界条件，且具有更高的精度，最后给出了弹性力学的边界无单元法的数值算例，并与原有的边界积分方程的无网格方法进行了较为详细的比较和讨论。     

一种基于直接计算高阶奇异积分的断裂力学双边界积分方程分析法

相对于有限元法,边界单元法在求解断裂问题上有着独特的优势,现有的边界单元法中主要有子区域法和双边界积分方程法.采用一种改进的双边界积分方程法求解二维、三维断裂问题的应力强度因子,对非裂纹边界采用传统的位移边界积分方程,只需对裂纹面中的一面采用面力边界积分方程,并以裂纹间断位移为未知量直接用于计算应力强度因子.采用一种高阶奇异积分的直接法计算面力边界积分方程中的超强奇异积分;对于裂纹尖端单元,提供了三种不同形式的间断位移插值函数,采用两点公式计算应力强度因子.给出了多个具体的算例,与现存的精确解或参考解对比,可得到高精度的计算结果.      

边界元法计算近边界点参量的一个通用算法

针对边界元法存在近力界点参量计算的困难,给出了一个通用性方法,将近边界点到边界单元的距离参数通过分部积分变换到积分式之外,从而计算出二维问题近边界点参量的几乎强奇异和超奇异积分,由此,对任何近边界点参量,提出了整套计算方案,算例证明了本法的有效性。     

AN EXTENDED BOUNDARY INTEGRAL EQUATION METHOD FOR THE REMOVAL OF IRREGULAR FREQUENCY EFFECTS

Numerical techniques for the analysis of wave–body interactions are developed by the combined use of two boundary integral equation formulations. The velocity potential, which is expressed in a perturbation expansion, is obtained directly from the application of Green's theorem (the ‘potential formulation’), while the fluid velocity is obtained from the gradient of the alternative form where the potential is represented by a source distribution (the ‘source formulation’). In both formulations, the integral equations are modified to remove the effect of the irregular frequencies. It is well known from earlier works that if the normal velocity is prescribed on the interior free surface, inside the body, an extended boundary integral equation can be derived which is free of the irregular frequency effects. It is shown here that the value of the normal velocity on the interior free surface must be continuous with that outside the body, to avoid a logarithmic singularity in the source strength at the waterline. Thus the analysis must be carried out sequentially in order to evaluate the fluid velocity correctly: first for the velocity potential and then for the source strength. Computations are made to demonstrate the effectiveness of the extended boundary integral euations in the potential and source formulations. Results are shown which include the added-mass and damping coefficients and the first-order wave-exciting forces for simple three-dimensional bodies and the second-order forces on a tension-leg-platform. The latter example illustrates the importance of removing irregular frequency effects in the context of second-order wave loads.     

弹性力学中一种新的边界轮廓法

利用基本解的特性,将面力积分方程化成仅含有Ｃａｕｃｈｙ主值积分的形式,基于这种边界积分方程,提出了一种新的边界轮廓法,对于三维问题,该方法只须计算沿边界单元界线的线积分,对二维问题,则只需计算边界单元两点的热函数之差,无须进行数值积分计算,实例计算说明该方法是有效的。     

Stokes流的积分方程法

Stokes流,或称零雷诺数流,指的是尺寸微小、速度缓慢的流动。它的理论在化工、生物力学、物理化学、环境保护、选矿、地球物理和气象科学等各个领域都有重要的应用。零雷诺数流可用Stokes方程来描述:式中μ,V和P分别是流体的粘度、速度向量和压力。直到本世纪60年代,只有数目非常有      

GENERAL BOUNDARY ELEMENT METHOD FOR NON-LINEAR PROBLEMS

In this paper the well-known non-linear equation f‴+½ff″=0 with boundary conditions f(0)=0, f′(0)=0 and f (∞)=1 is used as an example to describe the basic ideas of a kind of general boundary element method for non-linear problems whose governing equations and boundary conditions may not contain any linear terms at all.     

各向异性位势平面问题的规则化边界元法

基于转化域方程为边界积分方程的极限定理及一个新颖的基本解分解技术, 建立间接变量规则化边界积分方程, 它有效地避免了奇异积分的直接计算. 与已有方法比,该方法不将问题变换为各向同性的问题去处理, 因而无需反演运算, 也有别于Galerkin方法, 无需计算重积分. 可计算任意边界位势梯度, 而不仅限于法向通量. 针对椭圆边界的边值问题, 提交一种精确单元来描述边界几何. 数值算例表明, 所提算法稳定且效率高, 所得数值结果与精确解吻合较好.      

边界积分方程中近奇异积分计算的一种变量替换法

准确估计近奇异边界积分是边界元分析中一项很重要的课题,其重要性仅次于对奇异积分的处理. 近年来已发展了许多方法,都取得了一定程度的成功,但这个问题至今仍未得到彻 底的解决. 基于一种新的变量变换的思想和观点,提交了一种通用的积分变换法, 它非常有效地改善了被积函数的震荡特性,从而消除了积分的近奇异性,在不增加计算量的情况 下, 极大地改进了近奇异积分计算的精度. 数值算例表明,其算法稳定,效率高, 并可达到很高的计算精度,即使区域内点非常地靠近边界,仍可取得很理想的结果.     

压电介质二维边界积分方程中的基本解

由于压电介质的变形－电场耦合效应及压电响应的各向异性，使解析求解压电介质问题的工作变量十分复杂，若采用边界元数值方法求解，必须具备积分方程中的基本解，本文根据电磁场方程及连续介质力学的耦合性质论层出了二维无限域中分别在单位力及单位电荷载作用下的位移场，电势场、应力场和电位移场的解，从而确立了边界积分方程中所必需的八个基本解。     

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。     

A NEW IHIERARCHICAL BOUNDARY ELEMENT METHOD AND ITS ADAPTIVE PROCESSES FOR PLATE BENDING PROBLEM

In this paper a new hierarchical boundary element method is introducedfor solving the problem of plate bending.Exact solutions of the governing equationsare used inside the domain together with independent deflections and rotations on theboundary.A generalized variational principle is employed to achieve the boundaryelement formulation.Further,the adaptive processes of the method are also discussed.By virtue of the error estimate technique proposed by Zienkiewicz et al.areasonable error indicator and adaptive scheme are suggested.Numerical examplesillustrate the high accuracy of the new elements and show the excellent efficiency ofthe adaptive computation described in this paper.     

A NEW SEMI-ANALYTIC ALGORITHM OF NEARLY SINGULAR INTEGRALS IN HIGH ORDER BOUNDARY ELEMENT ANALYSIS OF 2D ELASTICITY

针对边界元法中高阶单元中几乎奇异积分计算难题,解剖了二维边界元法高阶单元的几何特征,定义源点相对高阶单元的接近度。将高阶单元上奇异积分核函数用近似奇异函数逼近,从而分离出积分核中主导的奇异函数部分,其奇异积分核分解为规则核函 数和奇异核函数两项积分之和。规则核函数用常规高斯数值积分,再对奇异核函数积分导出解析公式,从而建立了一种新的半解析法,用于高阶边界单元上几乎强奇异和超奇异积分计算。给出3个算例,采用边界元法高阶单元的半解析法计算了弹性力学薄体结构和近边界点位移/应力,并与线性边界元正则化算法结果作了比较,结果表明提出的二次元的半解析算法更加有效。特别是分析薄体结构,采用正则化算法的线性边界元分析比有限元有显著优势,而用提出的二次边界元半解析算法分析比其线性元的有效接近度又减小了4个量级。