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.     

复合材料反平面切口端部奇性研究

基于复合材料切口尖端位移场的渐近展开,将切口的反平面平衡控制方程转化为关于切口奇性指数的特征微分方程,采用一种变换将其化为线性特征微分方程组,引入插值矩阵法计算相应边界条件下方程组的特征值以获取切口尖端的应力奇性指数.研究单相材料切口、双相材料切口及止于异质界面切口的奇异性,算例表明该方法可以一次性计算出多阶奇性指数.对所取得的非奇异指数尽管切口不表现出奇性状态,但却是描述切口尖端完整应力场必不可少的参量.     

两相材料V形切口应力强度因子边界元分析

建立了边界元法计算两相材料粘结V形切口奇异应力场的新途径。在V形切口尖端挖出一小扇形,将该扇形弧线边界的位移和面力表示为有限项奇性指数和特征角函数的线性组合,其组合系数即为广义应力强度因子,将该组合回代到在被挖去小扇形后的剩余结构内建立的边界积分方程,离散后可求解出组合系数,获得两相材料粘结V形切口尖端的应力强度因子。算例证明了本文方法的有效性。     

非奇异应力对中央含V形切口试样断裂性能的影响

采用Williams渐近展开式表达V形切口尖端附近区域的位移场和应力场,将其代入弹性力学基本方程中,应力奇异性指数及其对应的位移和应力角函数由求解常微分方程组获得。由于在远离切口尖端的区域无应力奇异性,将切口尖端应力奇异性区域移出后,应用边界元法分析无应力奇异性的剩余结构;将Williams渐近展开式与弹性力学边界积分方程结合,解出切口尖端附近应力奇异性区域的各应力场渐近展开项系数,从而获得切口尖端附近区域的完整应力场;基于此,研究了非奇异应力项对中央含V形切口试样的表观断裂韧度和临界荷载预测值的影响。结果表明:考虑非奇异应力项时,脆性断裂的表观断裂韧度和临界荷载的预测值要比忽略非奇异应力项时的预测值更接近实验值。     

多点边值问题的插值矩阵法及误差分析

插值矩阵法是求解多点边值问题的数值法。本文给出的该法的误差分析,论证了插值矩阵法解得的y(x),y'(x),…,y^(m)(x)有相同的精度,并对二阶方程,给出该法的稳定性证明和收敛阶。     

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。     

边界元法分析二维线弹性裂纹扩展

用边界元法研究裂纹扩展过程.首先将尖端区域Williams渐近展开的特征分析法与边界积分方程结合,解出切口尖端附近应力奇异性区域的各应力场渐近展开项系数,获得平面切口/裂纹结构完整的位移和应力场.再基于考虑非奇异应力项贡献的最大周向应力脆性断裂准则,运用边界元法分析边缘含裂纹半圆形弯曲试样在荷载作用下的启裂方向,对裂纹扩展过程给出自动跟踪方法,通过算例证明边界元法模拟裂纹扩展过程的正确性和有效性.     

ITER校正场底部线圈结构的有限元分析

采用有限元法(FEM)研究了ITER装置中超导校正场底部线圈 (BCC)结构的力学性能。针对BCC结构各组合部件三个方向尺寸的巨大差异,将BCC结构均匀化模型和局部细化模型分步组合,通过有限元分析获得了整体结构和薄弱部位各材料的位移场和应力场。针对BCC结构提出了支撑部位螺栓中预紧力的确定方法,用有限元法得出合理的螺栓预紧力,可用于指导BCC结构的安装。     

海洋内波和洋流联合作用下水中悬浮隧道的动力响应

基于势流函数理论建立层化海洋内波流场,采用Morison方法考虑内波和洋流联合作用力,建立悬浮隧道-流体相互作用非线性振动数学物理模型.运用Galerkin(伽辽金)法数值求解振动微分方程,研究海洋内波和洋流共同作用下水中悬浮隧道的多模态动力响应行为.通过对拟建隧道实例的计算分析,结果表明:第一阶模态对位移响应贡献最大,在内波、洋流联合作用下,海洋内波的作用不可忽视,使第一、三阶模态的幅值都有大幅度增加,且反映出强非线性.研究成果为悬浮隧道结构荷载分析及复杂环境下海洋工程结构物所受环境荷载的研究提供有益探讨.