动力分析中的边界元法(Ⅱ)

<正> 3 其他边界方法 第1,2两节较详细介绍了频域中和时域中的直接边界元法。这种边界元法称为直接的,是因为它讨论了具有重要物理意义的量,例如位移和拉力等,从而成为不仅在弹性动力学中而且在这种方法的所有其他力学应用中最广泛采用的边界元法。反之,以没有物理意义的某些虚拟量或源密度表述问题的间接边界元法是不太流行的,尽管事实上它具有比直接法更长的历史,而且与积分方程法方面的经典工作密切相关。     

基于边界元法的弹性动力问题并行求解

为了扩大结构弹性动力分析的规模和提高分析速度,在微机机群环境下给出了两种基于边界元法的瞬态问题并行求解算法,即并行拉普拉斯变换求解算法和并行时域求解算法.并行拉氏变换法通过拉氏变换隐去时间变量,由各结点机独立求解各自负责的变换边界元问题.并行时域法采用与时间有关的基本解,使得边界元系统矩阵可以实现时间域上的并行形成.系数矩阵采用卷帘存储,以保持负载平衡.通过矩阵向量运算的并行化实现时间步进算法的并行化.理论分析和数值试验结果表明:两种算法都具有较好的并行性能.可以用于大型问题的高效求解.     

时域边界元法分析撞水响应

基于势流理论，考虑流场的可压缩性，首先利用积分变换导得了势流问题的一个动力学倒易定理，在此基础上，进而求得问题对应的时空边界积分方程，然后通过对边界和时间轴同时离散，建立了一组有递推形式的时间边界元方程最后结合液面条件和物体运动方程耦全求解得到了刚体的撞水响应。     

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。     

一种求解薄板稳定及振动问题的边界元法

本文利用薄板小挠度弯曲问题的基本解,引入等效荷载的概念,用以求解薄板稳定问题及振动问题,取得良好的结果。本文所提出的方法也可用于其他的薄板问题。     

边界元法求解瞬态弹性动力学问题的一种新解法

本文首次将Newmark法引入到边界元法之中,从而使得边界元法与有限元法有机地结合起来,使边界元法的通用性在求解瞬态弹性动力学问题上大大加强,在程序的实现过程中应用一定的技巧,提出了多重子单元划分法,解决了时间步长与单元网格之间的耦合关系。提高了计算精度,缩短了计算时间,从所给出的算例可知,此算法是可行的,程序也是可靠的。     

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。     

定常流作用于波浪形边界附近的圆柱上的水动力

本文介绍在水洞中做的作用于波浪形边界附近的水动力特性的实验研究。在基于圆柱模型直径的 R_c=10~4～1.9×10~4 范围内,测量了圆柱在波谷、波峰和不同距离上的阻力、升力脉动变化的频率。流谱显示实验揭示了尾流结构随距离-直径比 G/D 的变化情况及圆柱与边界相互作用的机制。     

三维声学特征频率灵敏度分析的边界元法

声系统特征频率的灵敏度分析为其优化设计提供了基础,具有重要意义。边界元法在声学问题的求解中具有独特优势,但因其系统方程系数矩阵的频率相关性导致的非线性特征值问题给声学特征频率的灵敏度分析带来了很大困难。为此,本文首先对非线性特征值问题进行了线性化处理,利用围道积分投影方法将非线性特征方程转换为小规模广义特征方程,然后对其关于设计变量直接求导,并引入左特征向量和转换矩阵构造了一种适用于内外声场的三维声学单/重特征频率灵敏度分析的边界元法。数值算例验证了该方法的适用性,以及对单/重特征频率灵敏度的计算精度。     

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.     

海洋平台水动力系数识别及精度分析

论文利用新动态模型减缩方法对海洋平台结构进行自由度减缩,利用简化后的模型对水动力系数进行反演,改善了反演模型中解的不确定性,并对载荷反演中的病态问题进行了探讨,同时给出了反演结果的评估方法,为反演中测量数据的获取提供了依据,提高了反演结果的可靠性.     

气垫船稳态船波势及波阻的边界元法

本文给出了气垫船在静水中航行时稳态船波势问题的边界元数值分析方法，根据本文的数值计算方法，可以得到气垫船行时所兴起的波浪形状以及气垫附近流场情况，由此可计算气垫所受到的兴波阻力，本文的方法适用于任意已知气压分布情况。     

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.      

动态测试与边界元法相结合的模态振型参数识别

试验模态分析中,要获得完整的模态振型,需要在所有自由度方向都进行测量。为了减少测点数以及为了补足某些无法测量的自由度,本文提出用边界元法的解析关系来扩展动态测试的数据。这样,在进行试验模态分析时,就可以减少测点,增加数据平滑性,并且提高数据精度。经过仿真及实例,验证了方法的可行性。     

物体边界层域内位移及应力的边界元法新公式

1.前言当分析塑性加工工具表层剥落破坏原因和求解断裂力学强度因子或其他工程问题时,仅计算物体表面应力是不够的,还需要计算边界层域内的位移及应力场。用边界元法计算上述工程问题时,当域内点和边界积分点距离足够小时,基本解中     

刚体撞水非线性响应的边界元分析

考虑了非线性性液面条件液面条件,采用边界元法,始终撞水物体和水看成一个耦合系统,并作为一个冲击／接触问题处理。在自由注面的处理上,采用逐步迭代方法,使其始终满足液面的非线性条件,最终使自由液面达到一满足非线性条件的稳定值。而在撞水力的求解上,亦采用与自由液面相关的逐步迭代逼近方法,求取其稳定值。文中最后给出了几种不同情况下二维圆柱刚体撞水的计算实例,结果有力表明记叙虎法的可靠性和有效性。     

任意的拉格朗日欧拉边界元—有限混合法分析物体撞水响应

计算物体的撞水响应目前已有了一些专用的算法，本文在分析和比较这些算法的基础上，提出了一个解撞水问题的任意的拉格朗日欧拉边界元－有限元混合法，这个方法不仅充分发挥了边界元法计算半空间流场的优越性，而且还能计及液面大晃动的非线性边界条件物体变形所造成的影响，文中给出圆柱刚体和楔形刚柱体两个撞水算例，结果有力表明该方法的可靠性和有效性。     

三维问题边界元法中几乎奇异积分的正则化算法

当源点靠近边界单元时,边界积分方程通常存在几乎奇异积分的计算难题.基于三角形单元,将源点到单元的距离与单元特征长度比值定义为接近度,用于度量边界单元中积分奇异性的程度.将单元上的面积分在局部的极坐标系ρθ下表示,利用一些初等函数的积分公式,获得对变量ρ作单层积分的解析表达式.几乎强奇异和超奇异面积分被转化为沿单元围道上一系列线积分,而Gauss数值积分能够有效计算这些线积分.应用该算法分析三维弹性薄壁结构获得了成功.     

导流缆水动力性能试验测量研究

为全面确定导流缆在不同情况下的水动力性能,本文对其进行了试验测量研究。设计了一种试验方案,以便同时测出缆在不同攻角时的三组水动力性能数据;同时为消除试验时模型缆有限细长度(展弦比)、近水面效应及水下有效长度的不利影响,进行两组不同长度的模型试验,采用长度差值方法,以得到较为准确的结果。最后,采用数据拟合方法,对试验数据进行处理,给出了无限细长度导流缆在不同攻角、雷诺数时的法向、切向阻力及侧向作用力系数的回归公式,以方便工程应用。