三维弹性问题Taylor展开多极边界元法的误差分析

Taylor展开多极边界元法有效的提高了边界元法的求解效率,使之可用于大规模问题的计算。然而,由于计算中对基本解进行了Taylor级数展开,与传统边界元方法相比计算精度有所下降。本文主要针对三维弹性问题Taylor展开多极边界元法的计算精度和误差进行研究。文中对两种方法的计算精度进行了比较;研究了核函数的Taylor展开性质;推导了三维弹性问题基本解的误差估计公式;给出了Taylor展开多极边界元法中远近场的划分原则。通过具体的算例,证明了该方法的正确性和误差估计公式的有效性,说明了影响Taylor展开多极边界元法求解精度的因素。     

适合于求解边界元方程组的GMRES算法的实用化和并行化研究

为了将GMRES算法应用于大型边界元方程组的求解,采用预条件技术和重正交技术相结合的方法实现了该算法的实用化,然后在实用化的基础上针对迭代算法具有良好并行性的特点,研究了该算法在网络机群环境下的并行化技术。数值试验和分析表明所用的这些技术是行之有效的,对于提高求解速度和增大求解问题的规模是有意义的。     

三维弹性快速多极边界元法

将静电场多极展开法和广义极小残值法结合于三维弹性问题的边界元法,使其求解的计算量及所需内存量同节点的自由度总数成正比,变革计算结构,加快求解速度以适应大规模数值计算。两者结合的关键点在于边界元法基本解的合理分解,并用广义极小残值法(GMRES)求解方程。轧机支承辊变形场大规模数值算例的总自由度数首次达N=34008并获得成功。清晰地描述了支承辊和工作辊接触区的辊型。     

二维弹性新型快速多极虚边界元的最小二乘法

在虚边界元最小二乘法的方程求解中采用新型的快速多极展开和广义极小残值法,提出了一种二维弹性新型快速多极虚边界元最小二乘法的求解思想。基于二维弹性问题原有的快速多极虚边界元最小二乘法的展开格式,通过引入对角化的概念,以更新展开传递格式;相对于原有快速多极算法,该方法可进一步提高计算效率且仍能保证具有较高的计算精度。数值算例说明了该方法的可行性、计算效率、计算精度均较高。     

弹性力学平面问题的等价边界积分方程的边界轮廓法

基于边界积分方程中被积函数散度为零的特性,提出了弹性力学平面问题的等价边界积分方程的边界轮廓法,该方法无需进行数值积分,只需要计算单元两结点势函数值之差。实例计算说明,基于传统的边界积分方程的边界轮廓法所得到的面力结果是错误,而本文建立的边界轮廓法则可给出精确的结果。     

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.     

快速多极虚边界元法对含圆孔薄板有效弹性模量的模拟分析

针对虚边界元法,引入快速多极展开和广义极小残值法(GMRES)的思想,以形成快速多极虚边界元法的求解思想,并将此方法用于含圆孔薄板有效弹性模量的模拟分析.由于本文方法采用了"源点"多极展开和"场点"局部展开的组合处理方案,从而使得原问题方程组求解的计算耗时量和储存量降至与所求问题的计算自由度数成线性比例.本文工作的研究目的在于:提高虚边界元法在普通台式机上的运算能力和拓宽虚边界元法对大规模复杂问题的求解(或数值模拟).文中给出了均布圆孔的正方形薄板和之字形分布圆孔薄板二个算例,以验证该方法的可行性,计算精度和计算效率.     

正交各向异性平面热弹性问题的边界元分析

给出了正交各向异性平面热弹性问题的边界积分方程、内点应力公式和常单元离散化时计算奇异积分的解析式，计算了正交各向异性板的热应力强度因子，结果表明了文中所导公式的正确性     

一种新型的求解扭转问题的边界元方法

证明了柱体自由扭转的边界积分方程被积函数的散度等于零,将翘曲函数表示为翘曲势函数在边界点的数值计算,避免求解奇异的数值积分。实例计算表明,该表度较高。     

热弹性平面问题的规则化边界积分方程

对于热弹性平面问题,过去广泛集中在直接变量边界元法研究,本文研究间接变量规则化边界元法,建立了间接变量规则化边界积分方程。和直接边界元法相比,间接法具有降低密度函数的连续性要求、位移梯度方程中的热载荷体积分具有较弱奇异性等优点。数值实施中,用精确单元描述边界几何,不连续插值函数逼近边界量。算例表明,本文方法效率高,所得数值结果与精确解相当吻合。     

弹性力学平面问题的位移型解答

本文证明了一个线性常系数偏微分方程的通解定理,利用这个通解定理导出了弹性力学平面问题的位移通解。     

MODELLING OF WAVE PROPAGATION IN THE NEARSHORE REGION USING THE MILD SLOPE EQUATION WITH GMRES-BASED ITERATIVE SOLVERS

The mild slope equation in its linear and non-linear forms is used for the modelling of nearshore wave propagation. The finite difference method is used to descretize the governing elliptic equations and the resulting system of equations is solved using GMRES-based iterative method. The original GMRES solution technique of Saad and Schultz is not directly applicable to the present case owing to the complex coefficient matrix. The simpler GMRES algorithm of Walker and Zhou is used as the core solver, making the upper Hessenberg factorization unneccessary when solving the least squares problem. Several preconditioning-based acceleration strategies are tested and the results show that the GMRES-based iteration scheme performs very well and leads to monotonic convergence for all the test-cases considered.     

弹性力学空间轴对称问题通解的研究

本文证明了横观各向同性弹性力学空间轴对称问题的通解是完备的.这里φ满足同时得到了轴对称问题一个新的完备通解这里φ满足     

处理一种非线性问题迭代法的计算机方法

本文依非线性问题的积分方程组,按迭代法得出一般迭代表达式.由此,任意次迭代解的所有待定系数可用计算机计算,使研究复杂的非路性问题成为可能.     

边界面法分析三维实体线弹性问题

本文利用以边界积分方程为理论基础的边界面法分析三维实体的线弹性问题。在该方法中,边界积分和场变量插值都是在实体边界曲面的参数空间里进行。积分点的几何数据,如坐标、雅可比、外法向量都是直接由曲面算得,而不是通过单元插值近似,从而避免了几何误差。另外,该方法的实现是直接基于CAD模型中的边界表征数据结构,可以做到与CAD系统无缝集成。在分析中,避免对结构作几何上的简化,结构的所有局部细节都按照实际形状尺寸作为三维实体处理。应用实例表明,本文方法可以简单有效地模拟具有细小特征的复杂结构,可以直接基于三维弹性理论求解薄型壳体结构,可以获得比有限元法更精确的计算结果。     

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。     

弹性力学的重构核粒子边界无单元法与有限元的耦合法

将重构核粒子边界无单元法(RKP-BEFM)与有限元法(FEM)耦合,形成求解具有区域特征的弹性力学问题的重构核粒子边界无单元与有限元的耦合方法RKP-BEF/FE.推导了重构核粒子边界无单元与有限元耦合方法的离散化公式,建立了节点未知量的耦合方程.重构核粒子边界无单元法和有限单元法的较高精度保证了这一直接耦合方法的成功实现与求解精度.最后给出了平面问题的数值算例,验证了提出的耦合方法RKP-BEF/FE的有效性.     

弹性薄板弯曲问题的边界轮廓法

导出了弹性薄板弯曲问题边界积分方程的另一种形式,基于这种方程,提出了平板弯曲问题的边界轮廓法,讨论了三次边界单元边界轮廓法的计算列式,并给出了计算内力的边界轮廓法方程。该法无需进行数值积分计算,完全避免了角点问题和奇异积分计算。给出的算例,与解析解相比较,证实该方法的有效性。     

应用边界积分法求圆形夹杂问题的解析解

边界元方法作为一种数值方法,在各种科学工程问题中得到了广泛的应用.本文参考了边界元法的求解思路,从Somigliana等式出发,利用格林函数性质,得到了一种边界积分法,使之可以用来寻求弹性问题的解析解.此边界积分法也可以从Betti互易定理得到.应用此新方法,求解了圆形夹杂问题.首先设定夹杂与基体之间完美连接,将界面处的位移与应力按照傅里叶级数展开,根据问题的对称性与三角函数的正交性来简化假设,减少待定系数的个数.其次选择合适的试函数(试函数满足位移单值条件以及无体力的线弹性力学问题的控制方程),应用边界积分法,求得界面处的位移与应力的值.然后再求解域内位移与应力.得到了问题的精确解析解,当夹杂弹性模量为零或趋向于无穷大时,退化为圆孔或刚性夹杂问题的解析解.求解过程表明,若问题的求解区域包含无穷远处时,所取的试函数应满足无穷远处的边界条件.若求解区域包含坐标原点,试函数在原点处位移与应力应是有限的.结果表明了此方法的有效性.     

BEM SOLUTION OF THE 3D INTERNAL NEUMANN PROBLEM AND A REGULARIZED FORMULATION FOR THE POTENTIAL VELOCITY GRADIENTS

The direct boundary element method is an excellent candidate for imposing the normal flux boundary condition in vortex simulation of the three-dimensional Navier–Stokes equations. For internal flows, the Neumann problem governing the velocity potential that imposes the correct normal flux is ill-posed and, in the discrete form, yields a singular matrix. Current approaches for removing the singularity yield unacceptable results for the velocity and its gradients. A new approach is suggested based on the introduction of a pseudo-Lagrange multiplier, which redistributes localized discretization errors—endemic to collocation techniques— over the entire domain surface, and is shown to yield excellent results. Additionally, a regularized integral formulation for the velocity gradients is developed which reduces the order of the integrand singularity from four to two. This new formulation is necessary for the accurate evaluation of vorticity stretch, especially as the evaluation points approach the boundaries. Moreover, to guarantee second-order differentiability of the boundary potential distribution, a piecewise quadratic variation in the potential is assumed over triangular boundary elements. Two independent node-numbering systems are assigned to the potential and normal flux distribu- tions on the boundary to account for the single- and multi-valuedness of these variables, respectively. As a result, higher accuracy as well as significantly reduced memory and computational cost is achieved for the solution of the Neumann problem. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.