弹性半空间动力问题的基本解

近年来,以Lamb解为基本解用边界元法求解了大量的弹性半空间表面基础的动力响应问题,但是,Lamb解却无助于用边界元法处理弹性半空间的内部问题。本文根据文献[1]所提出的弹性动力学的完备解,应用叠加原理导出了弹性半空间在内部集中动载作用下的基本解。从而为用边界元方法求解基础埋入和地下工程等弹性半空间内部问题开拓了一条新的途径。1.弹性半空间在非轴对称表面动载作用下的一般解当弹性半空间仅受到零初始条件的非轴对称表面动载作用时,总可以将表面载荷     

几何轴对称问题的半解析边界元分析

1 引言用边界元法(BEM)分析轴对称问题的早期工作应归功于Kermanidis,Mayr 和Cruse等,国内姚振汉等也较早地开展了这方面的研究工作.早期的有关工作一般是通过设定一个辅助系来求解轴对称问题.如果将未知量沿轴对称体的环向按Fourier 级数展开,使用BEM,三维问题便化成了一维问题,有关理论工作可见文献,应用研究可见文献.这种BEM 也称为半解析BEM,可以大大减少计算量,因而可     

粘弹性轴对称平面问题的动态响应

1.引言关于粘弹性轴对称平面问题的一些特殊情况已有若干论述,然而多是讨论材料不可压的情形;有关可压缩粘弹体的求解,往往只是分析准静态问题或讨论一些特例.在文[7]中作组合筒应力分析时给出的动态响应一般解,亦限于不可压材料.Huang等讨论了圆筒高速旋转对材料可压性的影响.Valanis和Sachman分析过弹性波问题,讨论了若干情况下的求解方法. 本文讨论可压粘弹材料在轴对称平面应变状态下的动态响应,从基本方程出发,导出位移应满足的方程,用Laplace变换方法求得在象空间中的一般解.具体分析了厚壁     

层状横观各向同性饱和土的非轴对称动力响应

通过方位角的Fourier变换,将圆柱坐标系下横观各向同性饱和土的Biot非轴对称波动方 程转化为一组一阶常微分方程组. 然后基于径向Hankel变换,建立问题的状态方程;求解状态方程后,得到传递矩阵. 进而利用传递矩阵,结合饱和层状地基的边界条件、排水条件及层间接触和连续条件,求解 了任意震源力作用下层状横观各向同性饱和地基频域动力响应问题. 时域解可通过频率的Fourier积分得到.     

粘塑性平面应变轴对称动力问题的Laplace解法

本文用 Laplace 变换分析粘塑性平面应变轴对称动力问题,并用 Laplace 反演求得应力和位移解.     

Kelvin问题的一种新解法

1.引言在静弹性力学的边界元法中,Kelvin问题的解是一种非常重要的基本解.自1848年Lord Kelvin首先用分量形式的Helmhoty分解求出作用在一无限大域内的集中力产生的位移和应力场的特解以来,文献[2]、[3]又用矢量分解的形式进行了求解.其实矢量分解的方法只不过是Lord Kelvin提出的解法的一种冠以矢量算子的简洁书写形式而已.本文将要采用一种全新的方法,直接推导出二维和三维Kelvin问题与边界元法相应的基本解函数.与其它方法相比,该法新颖,且尤为简洁、方便.     

圆孔附近裂纹应力强度因子的一种简便求法

1.前言交替法的基本原理在文[6]中有详细阐述。从原理上讲,线弹性多连域问题都可用交替法求解,但在实际应用中,交替法的应用范围受到二个因素的限制:一是构成多连域的单连域是否可方便地求解,二是收敛速度。交替法在求裂纹问题中也得到应用,如文[5]用交替法求出了圆盘中的径向单裂纹应力强度因子的精确解。本文将利用一种交替法求圆孔附近的裂纹应力强度因子精确解。求解此问题必须首先知道含一裂纹的无限平面的基本解和含一圆孔的无限平面的基本解,这二个基本解都可利用文[1]求得,因此,用交替法求解圆孔附近的裂纹问题是方便的,其应用范围主要受收敛性的限制。     

轴对称体扭转问题的轴对称有限元模拟解

轴对称体的轴对称问题与扭转问题一向被认为是两个互相不能模拟的问题.前者的未知量与方程多于后者,形式也不相同.本文提出一种退化模拟方法.能够把扭转问题模拟为轴对称问题的一类特殊情况来解.一般的结构分析程序都能够分析轴对称问题,但轴对称体的扭转问题通常作为三维问题处理.按本文提出的方法,可用结构分析程序的轴对称分析功能模拟扭转分析.本文还给出模拟计算的算例.计算结果表明与理论解完全一致.本文对退化模拟的材料本构关系进行了研究,建议在数值计算时以各向异性材料的轴对称问题模拟任何材料的扭转问题.当限定用各向同性材料的轴对称问题来模拟时,采用了罚系数法.     

最小二乘边界配点法解二维问题探讨

1.引言薄板弯曲问题和弹性力学平面问题的边界配点法,通常都是选用双调和方程的各类特解序列来构造试函数。在弹性力学教本中出现过的三类特解序列都可用来构造试函数。文献[2]以多项式级数为试函数,使用混合法分析过薄板强度。文[3]在边界配点法中使用了两种试函数——多项式级数和双曲三角函数。文[4]提出了一种产生双调和多项式的方法。文[5,6]使用的是双曲三角函数。文[7]综合了极坐标系中各种     

使用任意非正交曲线坐标解变截面圆轴扭转问题的数值计算

1.基本方程及其数值求解由于讨论的是轴对称问题,因此取柱坐标系中的θ坐标为任意曲线坐标系(q~1,q~2,q~3)中的q~2坐标,在轴纵剖面Z—R平面上取任意非正交曲线坐标q~3和q~1,则变截面圆轴扭转问题以无量纲应力函数ψ表达的求解方程为:     

饱和土–隧道动力响应的2.5维有限元–边界元耦合模型

针对饱和土中异形隧道的三维动力响应问题,建立了2.5维有限元与边界元耦合模型.将隧道结构视为弹性体,采用2.5维有限元建立隧道模型;将地基土视为饱和多孔介质,采用2.5维边界元建立饱和土体模型.借助组合辅助问题基本解消除了边界积分方程的奇异性.利用饱和土与隧道接触面的位移、面力连续和完全透水或完全不透水边界条件,实现2.5维有限元和边界元模型的耦合求解.模型具有计算效率高、适用范围广的优点.通过与完全透水和完全不透水边界条件下轴对称问题的半解析解以及单相介质的2.5维有限元与边界元耦合模型对比,验证了本文模型的正确性.最后利用该模型计算了饱和土体中类矩形隧道在移动载荷作用下的三维动力响应,分析了不同土体渗透性下位移及孔隙水压力沿隧道轴向、环向和深度的分布规律.结果表明:(1)孔隙水压力随土体渗透性增大而显著减小,位移受土体渗透性影响小;(2)位移及孔隙水压力在隧道环向主要分布在距载荷作用点两侧约2 m的范围内;(3)孔隙水压力沿深度的衰减比土体位移快,且孔隙水压力和轴向位移沿深度的分布受土体渗透性影响大.     

关于用变分法求平面问题的双三角级数解

文[1]给出过设位移为双三角级数用虚位移原理求解平面问题的两个例题。文[2]指出了[1]的错误,给出了一种正确解答。文[3]也对[1]作了讨论,找到若干种(见其表1、2)能使[1]的解答成立的特例。但[2]的解答带有"l+ ...     

动力边界元法的正交多项式函数的近似基本解研究

为了克服在用边界元法求解正交各向异性板的动力问题时寻求相应的基本解的困难,本文探讨了二种类型的近似基本解:级数形式及迭加修正形式的近似基本解。前者由正交函数系组成,本文中采用了Hermite正交多项式。后者由相近问题(广义各向同性板静力弯曲问题)的解析基本解迭加上用以修正的级数项组成。一些算例说明了近似基本解方法的可行性和有效性。迭加修正形式的解具有较高精度和较快收敛性,比单纯的级数形式解来得优越。     

饱和多孔地基与矩形板动力相互作用的非轴对称混合边值问题

在同一界面的不同区域具有多种边界条件, 称之为混合边界, 这是一个熟知的力学问题. 对这类问题进行精确分析时, 必须要进行混合边值问题的求解. 而对于一般的三维非轴对称情形, 混合边值问题的求解往往存在数学困难. 本文利用Hilbert定理和双重Fourier变换, 给出了一种求解三维非轴对称混合边值问题的解析方法, 利用该方法对具有混合透水边界的饱和多孔地基上矩形板的振动弯曲进行了解析研究(板与地基接触面为不透水边界, 其余为透水边界). 首先, 基于Kirchhoff理论和Biot多孔介质理论建立矩形板与饱和多孔地基的动力控制方程, 进行耦合求解. 针对板土接触面和非接触面的混合边值问题, 采用双重Fourier变换构造出两对二维对偶积分方程, 以接触应力和接触面孔隙压力为基本未知量, 用Jacobi正交多项式将未知量展开, 再利用Schmidt法对二维对偶积分方程完成求解, 最终推导出板土系统在动力作用下的位移和应力解析式. 通过将本文计算模型退化为单一弹性地基, 与已有研究结果进行对比, 验证了本文方法的正确性和有效性. 最后, 通过数值算例, 对饱和多孔地基上矩形板的动力响应及参数影响做出分析和讨论. 此外, 本文提出的解析法具有一般性, 可广泛应用于复杂接触问题和多场耦合问题的求解.      

解轴对称问题的加权残数法

探索一个简便而又有较高精度的解弹性力学轴对称问题的近似计算方法,具有一定的实用意义。本文采用边界型最小二乘配点法,求解了若干具有一定实际意义的轴对称问题。数值结果显示了这种方法有很好的计算精度和稳定性。1.解轴对称问题的边界型最小二乘配点法     

Bolotin动力失稳方程的一个摄动迭代解法

AperturbationiterativemethodofBototindynamicinstabilityequationLiangJianwen(TianjinUniversity，300072，P.R.China)Bolotin动力稳定[1]已经被广泛地应用到许多工程问题。对于一个弹性多自由度体系，B0lotin动力失稳区边界方程最后可归纳为如下形式：（［M。j十八尺）＋AZ［MZ》切I—0（l）式中［M。）为对称矩阵，［M；）为反对称矩阵，（M2）为对称矩阵，A为动力失稳区的边界值。到目前为止，对方程（1）的求解大多采用QR方法。文献t2）曾提出了一个解析法，但没有考虑阻尼的影响，而且矩阵阶数较高时，难以求解。曲乃洒…     

波动问题中流体介质的动力人工边界

无限域流体介质的波动辐射效应是影响海域工程动力反应的重要因素,人工边界是实现此类开放系统近场波动问题数值分析的有效方法.基于位移格式的流体波动理论推导开放域流体介质的人工边界,分别给出一维、二维和三维空间中平面波、柱面波和球面波的流体介质动力人工边界条件,其中一维平面波动人工边界为经典的黏性边界,二维柱面波、三维球面波的人工边界处节点应力与节点速度和加速度成正比,可等效为由阻尼与质量系统构成的人工边界条件.讨论相应的数值模拟技术,给出流体介质动力人工边界在ANSYS软件平台的具体实现方法.近场流体介质动力反应问题的算例表明,所发展的流体动力人工边界对于轴对称波动与非轴对称波动在近场有限域截断处的透射吸收作用的模拟计算精度均较为良好,说明此流体介质人工边界具有较高的可靠性与实用性.所发展的流体介质动力人工边界可较为方便地与大型商用有限元软件结合,可为包括海域地形和海岛在内的海域工程的动力分析提供一定的方法借鉴.     

对圆形切口板条在拉伸时极限载荷下限结果的一个修正

对具有圆形切口的板条的拉伸问题,为构造一个静力许可应力场,常采用一些由均匀应力区组合的间断应力场.文[1]采用了图1所示的梯形间断应力场,对于 Mises 屈服条件下的平面应力问题,求得了与上限解很接近的下限解.文[2]则将其应用于平面应变情况,但作者的推导有错误,因此求得的应力场违反了屈服条件,得出的下限值是不正确的,本文为此作了修正,求出了正确的下限解.     

关于《线性算子方程组一般解的代数构造》的讨论

张鸿庆同志在文[1],[2],[3]中建立线性算子方程组一般解的代数结构,并利用文中的方法导出横观各向同性体的著名的胡海昌解和其它一些重要方程组的一般解。 在文[2]的推导中,出现有形如;符号的意义请见文[2])的算子.但是作者对这种形式的算子是否是整算子(即是否可除)并未说明和讨论.容易看出,要保证文[2]推导过程和最后结果的正确,它们必须是整算子.然而,我们发现除了算子方程组的维数n≤3外,一般不能保证它们是整算子(即不可除).     

薄板稳定问题的边界元法

本文基于小挠度薄板弯曲问题的基本解,建立了求解薄板稳定问题的边界积分方程,并计算了若干算例,结果表明用边界元法求解薄板的稳定问题是行之有效的.