一种XFEM断裂分析的裂尖单元新型改进函数

提出了一种适用于裂尖改进单元的新型改进函数, 基于三角变换的方法, 保留裂纹尖端场的应力奇异性和裂纹上、下表面的位移不连续性, 将常规扩展有限元法裂尖改进单元的4 项改进函数缩减为2 项, 裂尖改进单元的结点由常规的8 个改进自由度减少为4 个. 采用2 个正交的水平集函数表征材料内部裂纹面, 详细阐述了改进单元类型的判别方法, 给出一种改进单元的分区域积分方案. 最后, 若干断裂力学问题经典算例的数值计算结果表明:建议的裂尖改进函数具有较高的数值精度, 该方法是十分有效的.     

势问题的重构核粒子边界无单元法

将重构核粒子法和势问题的边界积分方程方法结合,提出了势问题的重构核粒子边界无单元法. 推导了势问题的重构核粒子边界无单元法的公式,研究其数值积分方案,建立了重构核粒子边界无单元法的离散化边界积分方程,并推导了重构核粒子边界无单元法的内点位势的积分公式. 重构核粒子法形成的形函数具有重构核函数的光滑性,且能再现多项式在插值点的精确值,所以该方法具有更高的精度. 最后给出了数值算例,验证了所提方法的有效性和正确性. }      

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。     

等参管单元及其在热传导问题边界元法中的应用Isoparametric tube elements and their application in heat conduction BEM analysis

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。     

集成单元边界元法及其在主动冷却热防护系统分析中的应用

随着高超声速飞行器的快速发展,飞行器及发动机所面临的热防护压力越来越大. 传统的被动热防护系统已很难满足设计要求,因此主动冷却热防护系统受到了越来越多的关注. 主动冷却热防护系统因为管道密布、结构复杂,传统的分析方法需要花费大量的精力和时间来建模和计算分析. 针对管道阵列排布的主动冷却系统,提出了一种用边界元法求解空间周期性结构的集成单元法,并将其用来分析具有冷却通道的热防护系统的传热与受力变形问题. 此方法求解空间周期性结构问题,仅需要针对一个胞元建立边界元胞元方程,并由其形成由指定胞元数组成的集成单元,然后由集成单元组集成总体系统方程组. 提出的集成单元法既有常规子结构法的消元思想,又有传统有限单元、边界单元易于组集的特征,便于大型空间周期性结构的快速分析. 由于集成单元的系数矩阵只需形成一次,且最终方程只含边界节点未知量,计算效率显著提高. 论文最后用功能梯度平板和主动冷却燃烧室算例验证了本文所述算法的正确性和计算效率.     

裂纹扩展独立于网格的一种有限元单元子划分方法

提出了一种有限元模拟裂纹扩展的单元子划分结合子结构的方法.该方法中,裂纹可以进入或穿过一个单元,或沿单元的边界扩展,因此裂纹可以沿任意路径扩展而不受初始网格的限制.对上述几类包含裂纹的单元按照裂纹的路径进行子划分,覆盖一条裂纹的所有子划分单元就组成了一个子结构,子结构规模随裂纹的扩展而增大.子结构中因单元子划分而新增的结点自由度,通过自由度的凝聚用初始网格结点的自由度表示,因此结构整体分析的总自由度不变.以上述方法为基础建立了裂纹萌生和扩展的准则.用论文的方法分析了单(双)材料无限大平面中心(界面)裂纹的裂尖场,验证了论文方法的精度,并模拟了颗粒复合材料中微裂纹在颗粒、基体和界面中逐步扩展的过程,考核了论文方法对复杂裂纹扩展问题模拟的适用性.     

边界元法在求解复合材料力学问题中的应用

本文讨论了边界元法在求解复合材料的微观力学、宏观力学和结构力学问题中的应用,并指出边界元法用于分析复合材料及其结构的力学问题的优点和局限性。     

三维有限裂纹体分析

基于胡海昌教授提出的一类不含强奇异积分的新型面力边界积分方程,针对含平面裂纹三维有限体问题给出了的数值分析和半解析数值分析裂式.文中对含圆裂纹或裂纹系的厚板、圆柱,以及含垂直于表面的椭圆裂纹的矩形板等有关问题进行了具体求解,求得了相应的应力强度因子.将文中计算结果与已有结果比较表明,该方法具有较高的精度,而计算量较小.     

反平面剪切裂纹和刚性线问题和带裂纹圆轴扭转问题中的新型积分方程

如果把通常裂纹问题中奇异积分方程中的右端项由应力改为合力,此时积分方程的核也要由奇异核改为对数型奇异核。文中对于反乎面剪切裂纹和刚性线问题和带裂纹圆轴扭转问题,推导出了这种带对数核的积分方程。     

复杂载荷三维裂纹分析双重边界元法

提出可用于高温、高转速状态下的热动力机械三维含裂构件热弹性分析方法——双重边界元法.首先建立了考虑温度及离心载荷的双重边界积分方程组,并对边界积分方程组的选取及适用范围进行了讨论。然后提出角非快调元模型离散技术。接着提出超奇异积分方程分析去除奇异性方法及数值积分技术.数值算例表明计算结果与有关权函数解十分吻合,说明了用双重边界元法计算复杂载荷条件下三维应力强度因子的有效性.还讨论了有关热应力强度因子权函数解的适用范围.     

New type of dual bem and Green's-function-library strategy for fracture analysis in complex structures

A new type of dual boundary integral equations (DBIE) is presented first, through which, a smaller system of equations needs to be solved in fracture analysis. Then a non-conforming crack tip element in two-dimensional problems is proposed. The exact formula for the hypersingular integral over the non-conforming crack tip element is given next. By virtue of Green's-function-library strategy, a series of stress intensity factors (SIF) of different crack orientations, locations and/or sizes in a complicated structure can be obtained easily and efficiently. Finally, several examples of fracture analysis in two dimensions are given to demonstrate the accuracy and efficiency of the method proposed. Partially supported by the Aeronautical Science Foundation of China (No. 99C53026)     

弹性力学平面问题的无奇异边界积分方程

将弹性力学平面问题归化成无奇异边界积分方程,避免了传统的边界元法中的柯西主值(CPV)积分和Hadamard-Finite-Parts(HFP)积分的计算.建立完整的数值求解体系.     

平面问题等价边界积分方程的三次边界轮廓法

基于弹性力学平面问题等的边界积分方程,给出了三次单元的边界轮廓法。根据平面问题解的复变函数表示,构造了三次形函数。给出了对于混合边值问题求解系统方程确定的边界轮廓方程配置和三次单元界轮廓法的实施。     

泊松方程中域积分化为边界积分的方法

本文讨论了二维和三维泊松方程中域积分化为边界积分的方法。对于形如x~ig_x(y,z)、y~ig_x(x,z)和z~ig_z(x,y)的荷载给出了域积分转化为边界积分的正确公式。而对于复杂荷载,利用泰勒展开将域积分近似地转化为边界积分并给出了误差估计。计算结果表明利用本文方法可大大节省计算时间。因此,本文方法是一种十分有效的方法。     

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。     

Application of dual kriging to structural shape optimization based on the boundary contour method

Summary The paper presents an approach in which the coupling of dual kriging and the boundary contour method (BCM) is applied to structural shape optimization problems in mechanical engineering design. The problems consist of optimizing the shape of an elastic body, which requires minimizing an objective function subject to some given constraints, such as those of displacement, stress or manufacturing. The originality of the present work is involved with the use of two novel methods that are combined here to solve structural shape optimization problems. The first one, called dual kriging, is a general, versatile interpolation and geometric modeling tool. The second one is a new variant of the boundary element method (BEM), called the BCM, which achieves a further reduction in dimensionality of analysis problems. Based on the advantages of these two methods, the coupling approach presented here is expected to offer an effective as well as a straightforward manner for solving shape optimal design problems. Received 18 December 1997; accepted for publication 21 April 1998