奇异边界法模拟二维弹性力学问题

奇异边界法是一种新的边界型无网格数值离散方法.该方法使用基本解作为插值基函数,在继承传统边界型方法优点的同时,不需要费时费力的网格划分和奇异积分,数学简单,编程容易,是一个真正的无网格方法.为避免配置点与插值源点重合时带来的基本解源点奇异性,该方法提出了源点强度因子的概念,从而将边界型强格式方法的核心归结为求解源点强度因子.论文首次将该方法应用于求解平面弹性力学问题.数值算例表明,本文算法稳定,效率高,并可达到很高的计算精度.     

改进的奇异边界法模拟三维位势问题

奇异边界法是与基本解法相对应的一种边界型无网格数值离散方法. 该方法提出了源点强度因子的概念, 克服了传统基本解方法中最复杂最头疼的虚拟边界问题.基于边界元法中处理奇异积分的数值处理技术, 导出了源点强度因子的解析表达式, 提出了改进的无网格奇异边界法, 并进一步将该方法应用于三维位势问题. 该方法消除了传统方法中样本点的选取, 在不增加计算量的前提下, 极大地提高了奇异边界法的计算精度与稳定性.      

奇异边界法:一个新的、简单、无网格、边界配点数值方法

物理力学控制方程的基本解有源点奇异性.因而,传统的观点认为奇异基本解一般不能用做控制方程数值解的基函数;除非源点布置在物理域以外的虚假边界上,与物理边界上的配点分离.后者就是近年来受到广泛关注的基本解方法的基本思路.与这些传统方法不同,文中直接使用基本解做为插值基函数,且源点和配点是同一组物理边界上的离散点.本项工作的一个基本假设是源点奇异时的源点强度因子的存在性.利用待求问题控制方程的已知简单解,提出了一个计算源点强度因子的数值方法,并发现源点强度因子确实存在,且是一个有限值,其大小依赖于边界离散点的分布和边界条件类型.由此,文中提出了一个计算微分方程问题的新数值方法,称为奇异边界方法.该方法数学简单,编程容易,是一个真正的无网格方法.初步数值试验显示该方法精度高,收敛速度快.但有关该方法的数学物理基础还不是十分清楚.     

双调和方程奇异边界法的改进及在Kirchhoff板弯曲中的应用

奇异边界法(SBM)是一种基于边界离散的无网格数值方法,在很多科学计算和工程领域中得到广泛的应用．该方法在处理复杂几何区域或者多连通区域时比基本解方法(MFS)数值计算更为稳定,具有易于实施、精度高等优点．SBM数值计算的关键之处在于源强度因子的计算,特别是相对于Laplace方程更为复杂的双调和方程的边界条件下源强度因子的计算．在高阶导数边界条件下,采用反插或者“加减项”原理计算源强度因子相对繁琐．本文对双调和方程的SBM进行了改进,将其中一个插值基函数改进为非奇异基函数形式,避免计算该基函数的源强度因子,极大简化了SBM的数值计算．本文改进对MFS同样有效,可以作为对传统MFS数值算法的补充．数值算例结果表明,本文提出的改进均能得到误差很小的数值解,且算法稳定,计算效率较高．     

一种模拟大规模高频声场的双层奇异边界法

大规模高频声场的数值模拟是一项非常有计算挑战性的课题. 为了解决传统边界型离散方法由于全局支撑的满阵限制, 不易应用于大规模高频声场模拟的计算瓶颈, 本文提出了一种用于模拟大规模高频声场的双层奇异边界法. 在该方法中, 通过引入双层结构, 细网格上的全局支撑的满阵被转化为局部支撑的大规模稀疏矩阵, 传统奇异边界法模拟大规模问题时所面临的高计算量以及过度存储需求遂得以解决. 其次, 双层奇异边界法仅通过粗网格评估远场作用, 且独立于特定的插值核函数. 相较于快速多级方法, 该方法具有更强的适应性和灵活性, 且多层结构使该方法具有一定的预调节作用, 非常适合求解具有大规模、高秩、高条件数特点的高频波矩阵. 在其后的散射球模型算例中, 双层奇异边界法配置10万个节点, 成功模拟了无量纲波数高达160的声散射问题. 在对于人头模型的声散射特性分析中, 双层奇异边界法比COMSOL软件计算速度快了约78.13\mathrm{\%}. 当配置8万个节点时, 双层奇异边界法成功模拟了频率高达25 kHz 的工况, 该频率已远远超出了人耳的听力极限.      

压电介质二维边界积分方程中的基本解

由于压电介质的变形－电场耦合效应及压电响应的各向异性，使解析求解压电介质问题的工作变量十分复杂，若采用边界元数值方法求解，必须具备积分方程中的基本解，本文根据电磁场方程及连续介质力学的耦合性质论层出了二维无限域中分别在单位力及单位电荷载作用下的位移场，电势场、应力场和电位移场的解，从而确立了边界积分方程中所必需的八个基本解。     

基本解方法与边界节点法求解Helmholtz方程的比较研究

基本解方法和边界节点法是基于径向基函数的两种重要无网格边界离散数值技术。针对Helmholtz方程,本文比较研究这两种数值方法在不同计算区域问题上的计算精度、插值矩阵对称性、病态性及计算成本。数值试验结果表明,两种方法都可以有效求解边界数据准确的Helmholtz问题。在数值离散过程中,两种方法都可以通过调整配置点的位...     

一种基于直接计算高阶奇异积分的断裂力学双边界积分方程分析法

相对于有限元法,边界单元法在求解断裂问题上有着独特的优势,现有的边界单元法中主要有子区域法和双边界积分方程法.采用一种改进的双边界积分方程法求解二维、三维断裂问题的应力强度因子,对非裂纹边界采用传统的位移边界积分方程,只需对裂纹面中的一面采用面力边界积分方程,并以裂纹间断位移为未知量直接用于计算应力强度因子.采用一种高阶奇异积分的直接法计算面力边界积分方程中的超强奇异积分;对于裂纹尖端单元,提供了三种不同形式的间断位移插值函数,采用两点公式计算应力强度因子.给出了多个具体的算例,与现存的精确解或参考解对比,可得到高精度的计算结果.      

基于Erdogan基本解边界元法计算应力强度因子

引入含裂纹问题基本解(Erdogan基本解),提出了基于Erdogan基本解的样条虚边界 元法,并阐述了该法在实施过程中的特点与具体做法. 采用该方法详细分析了若干 典型裂纹问题,全面考察了方法的计算精度和收敛情况,以及在求解复杂裂纹问题方面 的能力. 结果显示,该方法具有精度高、收敛快、计算能力强等优点,是裂纹问题分析中 一种具有竞争力的通用计算方法.     

Singular integral equations and boundary element method of cracks in thermally stressed planar solids

Ｉｔｉｓｋｎｏｗｎｔｈａｔｍｏｓｔａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐｒｏｄｕｃｔｓａｎｄｆｏｏｄｓａｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄｕｎｄｅｒｃｅｒｔａｉｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ,ａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｌｓｏｗｏｒｋｕｎｄｅｒａｔｈｅｒｍａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ.Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｄｕｃｅｄｓｔｒｅｓｓｅｓｕｓｕａｌｌｙｌｅａｄｔｏｄａｍａｇｅｏｆｆｌａｗｅｄｓｏｌｉｄｓ.Ｔｈｕｓ,ｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｒ…     

Singular boundary method for 2D dynamic poroelastic problems

This paper extends a strong-form meshless boundary collocation method, named the singular boundary method (SBM), for the solution of dynamic poroelastic problems in the frequency domain, which is governed by Biot equations in the form of mixed displacement–pressure formulation. The solutions to problems are represented by using the fundamental solutions of the governing equations in the SBM formulations. To isolate the singularities of the fundamental solutions, the SBM uses the concept of the origin intensity factors to allow the source points to be placed on the physical boundary coinciding with collocation points, which avoids the auxiliary boundary issue of the method of fundamental solutions (MFS). Combining with the origin intensity factors of Laplace and plane strain elastostatic problems, this study derives the SBM formulations for poroelastic problems. Five examples for 2D poroelastic problems are examined to demonstrate the efficiency and accuracy of the present method. In particular, we test the SBM to the multiply connected domain problem, the multilayer problem and the poroelastic problem with corner stress singularities, which are all under varied ranges of frequencies.     

Multiple reciprocity method with two series of sequences of high-order fundamental solution for thin plate bending

IntroductionIt’swell_knownthatthecomplicatedfundamentalsolution[1,2 ]forHelmholtzequationΔu(x) +k2 u(x) =0　　(x∈Ω:boundedopenregioninR2 )isu (x,y) =-iH(2 )0 (k x-y ) 4,thusit’snotconvenientfornumericalcomputation .IfapplyingthesimplefundamentalsolutionofLaplaceequationu 0 (x ,y) =-ln｜x-y｜(2π) ,theexpressionforthesolutionofequationintheclosedregion Ωisc(y)u(y) + ∫Γu(x) u 0 (x,y) nx -u 0 (x ,y) u(x) n dsx =-k2∫Ωu(x)u 0 (x,y)dΩx.Astherightsideappearstheregionalintegrationinclu…     

各向异性平面含斜裂纹的奇异积分方程方法

本文应用平面弹性复变方法，将无限各向异性平面中的任意斜裂纹问题归结为求解一组解析函数边值问题，通过构造适当的积分变换将边值问题转化为奇异积分方程，进而应用Lobotto-Chebyshev数值求积公式，求出该奇异积分方程的数值解，并得到了应力强度因子的近似表达式，最后，给出了一些实例的数值结果，对特例的数值结果与精确结果进行比较，吻合的很好。     

The fundamental solution method for incompressible Navier–Stokes equations

A complete boundary integral formulation for incompressible Navier–Stokes equations with time discretization by operator splitting is developed using the fundamental solutions of the Helmholtz operator equation with different order. The numerical results for the lift and the drag hysteresis associated with a NACA0012 aerofoil oscillating in pitch show good agreement with available experimental data. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

Diagonal form fast multipole boundary element method for 2D acoustic problems based on Burton-Miller boundary integral equation formulation and its applications

This paper describes formulation and implementation of the fast multipole boundary element method (FMBEM) for 2D acoustic problems. The kernel function expansion theory is summarized, and four building blocks of the FMBEM are described in details. They are moment calculation, moment to moment translation, moment to local translation, and local to local translation. A data structure for the quad-tree construction is proposed which can facilitate implementation. An analytical moment expression is derived, which is more accurate, stable, and efficient than direct numerical computation. Numerical examples are presented to demonstrate the accuracy and efficiency of the FMBEM, and radiation of a 2D vibration rail mode is simulated using the FMBEM.     

On Boundary Damping for a Weakly Nonlinear Wave Equation

In this paper an initial-boundary value problem for a weakly nonlinear string(or wave) equation with non-classical boundary conditions is considered. Oneend of the string is assumed to be fixed and the other end of the string isattached to a spring-mass-dashpot system, where the damping generated by thedashpot is assumed to be small. This problem can be regarded as a rather simple model describing oscillationsof flexible structures such as suspension bridges or overhead transmission lines in a windfield. A multiple-timescales perturbation method will be usedto construct formal asymptotic approximations of the solution. It will also beshown that all solutions tend to zero for a sufficiently large value of thedamping parameter. For smaller values of the damping parameter it will be shownhow the string-system eventually will oscillate.