水中悬臂圆柱附连水质量的简化计算方法

采用解析方法研究了部分浸入水中的圆形悬臂柱的附连水质量分布,给出了无量纲的质量分布系数,通过对质量分布系数的数值拟合分析,附连水质量效应可最终表达为结构的等效质量密度,在振动计算中只需将浸入水中的悬臂柱密度用等效密度替代即可。采用试验方法测量了部分浸入水中的悬臂柱湿频率,简化附连水质量方法计算的湿频率结果与试验测量值吻合很好,表明本文的附连水质量简化公式可很好地描述附连水的质量效应。     

流固耦合问题中的附连水质量研究

导弹在水下运行时受到水流，波浪和冲击波等流体动力的激励时弹性将产生振动，其周围流场亦将发生变化，这种流场的变化反过来使结构受到的流体动力激励发生变化，使弹体形成新的振型，这样便形成反馈的流体－结构相互作用的流固耦合问题。在用有限元解决此类问题时，原有的动力方程中将出现附连水质量项，所以对如何运用有限元法解决附连水质量的计算是十分有意义的。本文利用变分原理推导出三维流场中附连水质量的一般公式，并给出     

用间接边界元方法求解不可压缩孤立翼型绕流的一种库塔条件处理方法

本文对不可压二维翼型势流绕流的边界元法求解作了分析,在对基本方程与边界条件进行数值离散化时,将库塔条件代入基本方程。按本方法编制的计算机程序对若干算例进行了验算。结果表明,本文提出的方法是可靠的,该法计算简捷、方便,占用计算机内存少,具有实用意义。     

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。     

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。     

一种用边界元方法求解二维不可压缩粘性流动的方法

本文用边界元方法求解了二维不可压缩粘性流动的涡量——速度方程,利用求解区域边界上的速度法向导数和速度值直接得到了涡量的边界条件,克服了利用涡量方程求解二维不可压缩粘性流动时涡量边界条件(主要是壁面边界条件)难以给定的困难,算例表明:这种方法比较简单且计算结果基本上是令人满意的。     

边界元方法模拟二维势流问题时角点处处理方法的研究

研究了用三节点等参曲线单元时边界元方法模拟二维势流问题中角点处法向量不连续的处理方法.该方法的核心思想是在任意一点处速度矢量是唯一确定的且在角点处速度矢量的方向是已知的.该方法的特点是不改变所求解的线性方程组的大小,不降低计算精度.通过模拟二维平行管道中直匀流绕圆柱的流动验证了该方法的可行性.     

自由面势流问题边界元法的数值色散误差

以连续及离散Fourier分析研究自由面势流问题边界元法的数值色散误差,并从理论上探讨有关计算中数值色散误差的改善问题.研究表明:对于该问题的数值色散误差而言,重要的在于以问题相应的离散算子考察计及各种数值手段后的总体色散误差,而非仅考虑该数值手段自身的数值色散误差大小.高阶面元、自由面域外奇点或适当的耦合方法是降低有关问题算子总体色散误差的较好选择.     

自由面势流问题的域外奇点边界元法及其数值误差分析

讨论了域外奇点边界元法在自由面势流问题计算中的作用，并以连续及离散Fourier分析对该方法(就m阶面元的一般情况)进行数值误差分析，导出了计及面元阶数、奇点至自由面垂向距离、配置点移动、差分格式等因素影响的数值误差一般表达式。从理论上证明了自由面势流问题计算中采用域外奇点法可改善离散产生的数值色散误差并能结合配置点前移(向上游)等方法以数值满足辐射条件。     

一种投影浸入边界法的快速直接求解方法

根据投影浸入边界法分步投影求解的特点,同时针对压力泊松方程离散后的大型稀疏线性方程组是非奇异非对称的特点,结合开源函数库UMFPACK,在传递线性方程组的系数矩阵和右端向量时,采用函数库Eigen将系数矩阵的数据结构改写优化,大大降低了存储空间,实现对高维大型稀疏线性方程组的快速求解,同时求解保持良好的稳定性。本文首先利用一具有解析解的数值算例验证了求解泊松方程数值方法的准确性和网格依赖性,进而利用VC++编写投影浸入边界法的数值计算程序,以单圆柱绕流为基准数值算例,通过与其他文献和实验结果的对比,验证了投影浸入边界法数值计算结果的可靠性,并进一步分析了不同雷诺数下圆柱绕流的流场结构特征和尾涡结构的动态演化过程。     

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。     

三维势流场的比例边界有限元求解方法

比例边界有限元法(SBFEM)是线性偏微分方程的一种新的数值求解方法。该方法只对计算域边界利用Galerkin方法进行数值离散,相对于有限元方法(FEM)减少了一个空间坐标的维数,而在减少的空间坐标方向利用解析方法进行求解;相对于边界元法(BEM),比例边界有限元方法不需要基本解,避免了奇异积分的计算,所以它结合了有限元和边界元方法的优点。本文建立了利用比例边界有限元法求解三维Laplace方程的数值模型并用于计算三维物体周围的水流场,将计算结果与解析解和边界元方法进行了对比,结果表明此方法可以很好地模拟水流场,且具有较高的计算精度。     

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。     

一种改进格林元方法及在渗流问题中的应用

采用格林公式和基本解推导出直接边界积分方程来求解渗流问题.边界积分方程数值离散基于格林元方法(Green element methond),改进了原方法中压力和压力导数的求解方法,命名为混合边界元方法(Mixed boundary element method).相较于格林元类方法,该方法显式考虑了求解节点的外法向流量值和压力值,并使求得的数值解在求解区域上能够连续,符合实际的物理过程,在不增加额外未知数的情况下提高了计算精度.分析了不同网格类型对模拟计算结果的影响,并对稳定渗流问题、非稳定(瞬态)渗流问题和非稳态问题进行了实例计算,结果显示改进方法提高了计算精度,并对各类渗流问题有较好的适应性.     

用边界元方法数值分析绕平壁上一薄平板的STOKES流动

本文用边界元方法研究了绕平壁上一薄平板的Ｓｔｏｋｅｓ流动，数值模拟了薄平板与平壁成不同倾角ξ＝π／２时，平板左右两侧形成大小相等的两个涡旋，其涡心到角点的距离为平板高的０．５４倍；当ζ＝５π／１２时，平板两侧仍然形成两个涡旋，不过平板右侧５π／１２角内的涡旋明显大于板左侧的涡旋，其涡心距角点的距离右侧是平板高的０．６８倍，左侧是０．２９倍；当ξ＝π／３时，平板左侧的涡旋已经消失，右侧π／３角内角然     

一种求解瑞利波散射问题的修正边界元方法

边界元法的一大优势是用于求解半空间等无限域问题,但在求解弹性波的传播问题中,传统边界元法采用的全平面或全空间格林函数会在截断边界处产生虚假的反射回波,这会引起散射场求解的误差.为了避免这种误差,论文在传统边界元法基础上提出一种修正边界元法,该修正方法主要包括:以瑞利波形式的远端散射场代替原本因截断而舍去的部分,通过互易定理建立单位瑞利波和全平面格林函数的积分方程,求得修正系数,并代入修正边界元矩阵,计算出瑞利波的散射场.文中基于该方法计算了无缺陷平面的瑞利波(与解析解的误差为1.24×10-5),并运用该方法计算了不同缺陷的散射场.由文中对比结果表明,论文所提修正边界元法可准确求解瑞利波散射场,为基于表面波的缺陷反演问题研究提供了有效的正演途径.     

复杂边界附近气泡的动态特性研究

本文假设气泡周围流场为无粘、无旋、不可压缩的理想流体,基于势流理论,运用边界元法模拟近边界水下爆炸气泡的动力学特征,建立气泡、壁面以及自由面三者之间复杂耦合动力学模型,在气泡运动模拟过程中引入数值光顺技术及弹性网格技术(EMT),避免因网格扭曲而导致的数值发散,开发相应的三维计算程序,并与自由表面附近气泡运动的实验数据进行对比分析,计算结果表明本文的计算方法及程序具有较高的精度.在此基础上,用本文开发的三维程序模拟了单个及多个气泡与自由表面及圆筒等复杂边界的相互作用,其中包括水面漂浮结构和水下结构,气泡在自由表面及结构的联合作用下呈现出强非线性.本主文旨在为相关复杂边界附近气泡动力学特性研究提供参考.     

一种新的摄动粘弹性边界元法

本文在拉普拉斯变换空间中,运用摄动理论和“弹性-粘弹性”对应性原理,提出了一种新的粘弹性问题边界元求解法。文中结合广义变分原理,导出了摄动粘弹性边界元方程,并给出了摄动粘弹性问题的基本解。最后,详述了一阶摄动的求解过程,并给出了算例。     

边界元法边界层处理的一种新方法—拟多连域法

提出了处理边界元法边界层问题的新方法。这种方法在求得边界未知量后，在距边界较远的域中构造一工作边界，将实际边界与工作边界看作一多连域问题求得工作边界的未知量。再将工作边界与边界层边界视为一多连域问题求解，可得到满足精度要求的边界附近点的位移与应力。这种方法理论简洁、计算方便、有效、精度高，对于需求边界上多点的未知量问题很具优越性     

悬臂柱的附连质量及其对自振基频的影响

本文研究直立水中悬臂柱模型的扰动水压力（相当于在柱上附连质量ｍＤ）,由ｍＤ式计算总附连质量ＭＤ及变化．用“等效质量法”计算ＭＤ对结构自振频率的降低,与实测吻合