边界元近奇异积分计算的迭代Sinh-Sigmoidal组合式变换法

精确有效地消除积分的近奇异性是三维边界元法在工程应用中的首要问题.当源点与三角形积分单元间的距离无限趋近于零时,会出现近奇异积分问题,积分单元的形状和投影点的位置都是影响近奇异积分计算精度的重要因素.现有的非线性变换法大多只关注径向上积分的近奇异性,而忽略了角度方向和积分单元形状的影响,在投影点接近三角形积分单元边界的情况下,无法获得令人满意的计算精度,并且对子三角形积分单元的形状非常敏感.因此提出了一种改进的基于自适应分块技术和不同坐标变换的迭代sinh sigmoidal组合式变换法,分别消除径向和角度方向积分的近奇异性,在确保计算精度的同时,大大减小了计算规模.数值算例验证了该方法的有效性.     

薄体结构温度场的高阶边界元分析

分析了二维问题边界元法3节点二次单元的几何特征,区分和定义了源点相对高阶单元的Ⅰ型和Ⅱ型接近度.针对二维位势问题高阶边界元中奇异积分核,构造出具有相同Ⅱ型几乎奇异性的近似核函数,在几乎奇异积分单元上分离出积分核中主导的奇异函数部分.原积分核扣除其近似核函数后消除几乎奇异性,成为正则积分核函数,并采用常规Gauss数值方法计算该正则积分;对奇异核函数的积分推导出解析公式,从而建立了一种新的边界元法高阶单元几乎奇异积分半解析算法.应用该算法计算了二维薄体结构温度场算例,计算结果表明高阶单元半解析算法能充分发挥边界元法优势,显著提高计算精度.     

位势问题边界元法中几乎奇异积分的正则化

将一种通用算法应用于平面位势问题边界元法中近边界点几乎奇异积分的正则化。对线性单元,位势问题近边界点的几乎强和超奇异积分可归纳为两种形式。通过分部积分,将引起奇异的积分元素变换到积分号之外,从而对这两种积分分别给出了无奇异的正则化计算公式。除了线性元,二次元也应用于该算法。与近边界点临近的二次单元划分为两段线性单元,该算法仍然适用。算例证明了方法的有效性和精确性。对曲线边界问题,联合二次元和线性元可提高计算结果精确度。     

一种避开大转动奇异点的角速度数值积分方法

采用三参数描述有限转动会不可避免地遇到奇异性问题,这给由角速度积分求解转动参数带来了数值困难.系统地研究了采用转动矢量描述空间大转动的奇异性问题,在此基础上提出了一种避开转动矢量奇异点的数值积分方法.利用方向相同、模相差2π的两个转动矢量对应同一有限转动这一性质,在数值积分过程中将靠近奇异点的转动矢量切换到与之对应但远离奇异点的数值稳定区,从而避开了转动矢量奇异性给角速度数值积分带来的困难.数值算例表明所提方法简单、稳定、有效.     

边界元法中奇异积分计算的极坐标变换法

在边界元法中,奇异积分的处理是一个极为引人注目的问题.本文提出了一种在单元状态作极坐标变换的新的处理方法,它能显式地消除奇异积分的奇异性,使之成为常规积分,因而易于在边界元法中使用高次单元.计算实例表明,本文所提出的方法是有效的、方便的.     

边界元法中的改进等参变换

首先考察三维边界元法中八结点等参单元边中结点的敏感性,指出对于常规等参变换计算,边中结点同有限元计算情形一样,仍必须遵守位于相邻角点间距离的三分之一内的建议,且限制应更严格,才能保证计算的有效性.其次,将改进等参变换引入到边界元法,并解决了相应的奇异积分处理等问题,提出了一个比常规等参变换时更加一般的坐标变换关系式.最后,对于立方块受单向拉伸和纯弯曲两种情况作了计算,结果表明,在边界元法中,改进等参变换的引入,使得计算具有更大的适应性.     

指数时程差分与有理谱配点法求解奇异摄动Burgers-Huxley问题

带小参数ε的Burgers-Huxley方程是一类非线性、非定常奇异摄动初边值问题,本文用指数时程差分与有理谱配点法求其数值解.对空间方向的边界层,用带sinh变换的有理谱配点法便Chebyshev节点在边界层处加密,只需取较少节点即可达到较高精度;时间方向采用指数时程差分与4阶Runge-Kutta法相结合的格式,并用围线积分计算矩阵甬数的方法克服了求解奇异摄动问题时遇到的的数值不稳定堆题.数值实验表明,本文提出的方法在求解左、右边界层和内部层的奇异摄动Burgers-Huxley问题都有较高的精度.     

Legendre小波求解超奇异积分

超奇异积分的数值算法一直是近些年来研究的重要课题. 基于超奇异积分的 Hadamard 有限部分积分定义, 本文给出了利用 Legendre 小波计算超奇异积分的方法. 当奇异点位于区间内时, 由于 Legendre 小波具有很好的正交性、显式表达式以及小波函数的可计算性, 将区间内的奇异点变换到区间端点处, 再利用区间端点处 Hadamard 有限部分积分的定义,进而可以计算 p+1(p∈N⁺) 阶超奇异积分. 文中最后给出的算例表明了该方法的可行性和有效性.     

三维无限接合体双材料多界面裂纹的超奇异微积分方程法

利用有限部积分的概念,导出了三维无限接合体中多个界面裂纹,在任意载荷作用下的超奇异微积分方程组.数值分析中,未知的位移间断采用基本分布函数和多项式乘积的形式来近似,其中基本分布函数是根据界而裂纹应力的振荡奇异性来选取的.作为典型算例,研究了存在两个矩形界面裂纹时,裂纹之间距离、裂纹形状及双材料弹性常数对应力强度因子的影响.计算表明,应力强度因子随裂纹间的距离的增大而减小.     

含Cauchy核奇异积分高精度求积公式

用分离奇异性方法构造了具有高代数精度的含Cauchy核奇异积分的Gauss-Kronrod求积公式,给出了计算求积系数的简洁方法和表达式,导出了求积公式余项表达式.对求积公式在计算机上用Matlab编程进行了数值实验,数值实验结果与理论分析一致.     

一种有效的分析弹塑性问题的边界元法

本文提出了一组有效的边界元公式.该公式通过利用一个新的变量,使核函数仅具有lnr(r为源点和场点的距离)的较低阶奇异性,从而,在积分点的传统位移和应力公式的奇异性得到降低,且原公式中影响应力计算精度的边界层效应得到消除.同时,也避免了难于计算的参数C.将该方法应用到弹塑性分析中,数值分析结果表明该公式具有明显的优势.     

位势平面问题的新的规则化边界积分方程

广泛实践集中在直接变量边界积分方程的规则化研究,其本质是利用简单解消除边界积分的奇异性．然而,至今关于平面位势问题的第一类边界积分方程的规则化研究尚未涉足．致力于间接变量边界积分方程的规则化方法研究,基于一种新的思想和观点,确立平面位势问题的间接变量规则边界积分方程,它不包含CPV强奇异积分和HFP超奇异积分．数值算例表明现在的方法可取得很好的精度和效率,特别是边界量的计算．     

三维快速多极边界元法分析地埋管群传热问题北大核心CSCD

基于三节点三角形线性单元,为克服单元跨叶子积分难题,将三维位势问题快速多极边界元法与几乎奇异积分的半解析算法相结合,实现了三维边界元法中几乎奇异积分的准确计算,该方法适用于U型地埋管薄体结构的换热分析.在制冷、制热两种工况下研究了U型地埋管壁厚对换热量的影响,并进一步分析了管群间的热相互作用.计算结果显示,当管壁导热系数一定时,管壁越厚,对管内流体和土壤之间的换热影响越大.当钻孔间距一定时,管群中埋管数量越多,热干扰现象越强烈,提高管群换热量的主要措施是降低管群间热干扰.因准确计算了几乎奇异积分,三维快速多极边界元法可以有效计算薄体和厚体耦合的三维热传导问题.该文方法和分析结果可为地埋管换热器系统的工程应用提供参考.     

三维重调和方程的双方程边界积分方程法

以守恒积分为工具,推导了三维重调和方程的新的边界积分方程,所得出的新方程与传统的边界积分方程相比较,降低了奇异性,避免了传统边界元方法中的强奇异积分的计算.对不同边界都采用第二类积分方程,得到了三维重调和方程的双方程方法.     

等腰梯形域内两点间平均距离

本文研究了凸域内两点间平均距离的问题.利用广义支持函数和凸域的弦幂积分的方法,获得了计算凸域内两点间平均距离的一般公式,并将公式推广到等腰梯形域,得出了等腰梯形域内两点间平均距离的计算结果.     

实轴上的特征奇异积分方程

该文首先得到了实轴上的特征奇异积分方程的可解性理论.由此,得到了实轴上解具一阶奇异性的特征奇异积分方程的可解性理论,纠正了文献[8]中的错误.     

正交各向异性功能梯度材料Ⅲ型裂纹尖端动态应力场

研究了无限大正交各向异性功能梯度材料Griffith裂纹受反平面剪切冲击作用的问题.材料两个方向的剪切模量假定为成比例按特定梯度变化.通过采用积分变换-对偶积分方程方法,获得了裂纹尖端动态应力场.动态应力强度因子计算结果显示:增加剪切模量梯度或增加垂直于裂纹面方向的剪切模量可以抑制动态应力强度因子的幅值.     

矩形到任意多边形区域的Schwarz-Christoffel变换数值解法

运用Schwarz-Christoffel变换方法，建立多边形区域到带状区域共形映射数学模型.对于模型中的约束条件和奇异积分问题，根据Riemann(黎曼)原理，建立复参数与实参数互逆变换，消除非线性系统的约束条件；经过合理积分路径的确定，模型中的奇异积分转化为Gauss-Jacobi(高斯 雅可比)型积分；采用Levenberg-Marquardt算法对非线性系统模型进行求解.根据第一类椭圆函数性质，建立了矩形区域到带状区域共形映射数学模型，通过复参数椭圆函数的计算，得到矩形边界与带状区域边界的关系.最后，对8点对称多边形区域与27点不规则条带状区域计算，将不规则封闭区域边界映射到矩形区域边界，矩形区域内的正交网格，通过变换之后在多边形区域内依然满足正交性，为研究不规则区域到规则区域映射的数值计算奠定基础.     

热载荷作用下平面裂纹问题的奇异积分方程与边界无法

从边界积分方程出发,导出了二维裂纹体热传导问题及热弹性问题的积分方程组,继而使用奇异积分方程与边界元相结合的方法,为其建立了相应的数值求解方法。此外,利用奇异积分方程的主部分析法,严格地证明了裂纹尖端温度梯度场的1/√r 奇异性,并且给出了奇性温度梯度场的精确解。最后。对一些典型例子,做了数值计算。     

Abel变换数值反演的积分算子方法

本文研究了Abel变换的数值反演问题.利用Abel变换的理论反演公式与数值求导的积分算子法相结合的方法,对反演公式中奇异积分合理处理,获得Abel变换数值反演的一种算法,并进行了理论分析与数值实验. 结果表明该算法具有计算简单、数值稳定等优点.