弹性波二维散射快速多极子间接边界元法求解

求解方程的稠密矩阵特征极大削弱了传统边界元法在求解大规模实际工程问题中的优势。为此,结合快速多极子展开技术,发展一种新的高精度快速间接边界元方法,用于求解大尺度或高频弹性波二维散射问题。以全空间孔洞周围SH波散射为例,给出了具体求解步骤。算例分析表明该方法具有很高的计算精度和求解效率,同时能够大幅度降低计算存储量,可在目前主流计算机上实现上百万自由度弹性波散射问题的快速求解。最后以半空间中凹陷场地对SH波的高频散射为例,讨论了凹陷周围高频波散射的基本特征,可为峡谷地形中大型工程抗震设计提供部分理论依据。     

激光干涉仪反射镜三维温度场的快速多极边界元分析

温差造成光刻机激光干涉仪反射镜热变形,从而影响光刻机的精度。该文将基于二次单元的快速边界元法用于激光干涉仪反射镜的大规模温度场模拟。不连续单元的引入可以有效处理角点问题;新型快速多极算法用于边界元法的加速求解。建立统一的二次单元多极展开格式以处理混合边界。数值算例分析了快速多极边界元法的计算精度和效率,并和常规算法比较;使用该算法对激光干涉仪反射镜进行了大规模温度场计算,并和有限元法比较。结果表明：基于二次单元的快速多极边界元法可以高精度求解大规模三维传热问题。     

弹性波三维散射快速多极子间接边界元法求解

边界元方法对于无限域中弹性波散射求解具有独特优势,但求解矩阵的非对称稠密特征极大限制了该方法在大规模实际工程中的应用。为此,基于单层位势理论,结合快速多极子展开技术,通过对球面压缩波和剪切波势函数的泰勒级数展开,建立一种新的快速多极间接边界元方法,以实现大规模弹性波三维散射的精确高效模拟。算例分析表明所提方法能够大幅度降低计算时间和存储量,可在目前普通计算机上快速实现上百万自由度弹性波三维散射问题的快速精确求解。最后以全空间椭球形孔洞群对平面P波、SV波的散射为例,揭示了三维孔洞群周围稳态位移场和应力场的若干分布规律。该文方法对低无量纲频率（ka<5.0）的大规模多体散射问题尤为适合。     

基于快速多极子边界元法的齿轮箱声场分析

齿轮箱是广泛应用的工程机械零部件,准确地模拟其辐射声场对后续的降噪优化设计有着重要作用。边界元方法非常适合分析此类无限域下的声辐射问题。但传统边界元方法有着计算效率低、内存占用高的缺点。该研究发展了宽频的快速多极子边界元方法,并运用该方法计算了齿轮箱在特定频率下的场点声压以及辐射声场。通过对比商用软件的分析结果,验证了所提快速边界元方法的准确性。此外,运用多核并行计算方法,对计算量较大的扫频分析进行加速计算,最终快速、准确地获取了齿轮箱辐射声场的扫频结果。     

快速多极与常规边界元法机群并行计算的比较

以三维弹性力学问题为例,对快速多极与常规边界元法机群并行计算进行了比较。其中常规边界元法求解方程采用高斯消去法,通过调用标准并行求解函数库ScaLAPACK实现;快速多极边界元法并行计算程序采用ANSIC++语言、调用MPI并行通信库自行编写。两种程序均运行于同一机群并行环境。数值算例表明,在同样的机群条件下,采用快速多极边界元法可使解题规模有数量级的提高,计算速度明显高于常规边界元法,并行效率也优于常规边界元法。     

快速多极子边界元法在吸声材料声场计算中的应用

对快速多极子边界元法中多极子展开式的数值计算进行了研究,建立四点单级传递关系与多极传递关系模型。通过与格林函数及其法向导数理论值的比较,考察两种传递情况下,多极子展开式在吸声材料介质及空气介质中的计算精度。结果表明,复波数展开式的求解精度与截断项数的大小相关,而且当复波数虚部值与展开点间距离乘积过大时,展开式值开始与真值相背离。最后提出了解决此问题的两种方法。此外,以膨胀腔阻性消声器传递损失计算为例,验证了本文方法的有效性与可行性。     

快速多极子边界元法预测船舶舱室噪声

将快速多极子边界元法应用于船舶舱室噪声预测,考虑振动、刚性以及阻抗三类边界条件,计算得到舱室表面的辐射声压云图以及监测点处的声压级,通过和Virtual. Lab Acoustic软件计算结果比较验证方法的正确性;此外,通过和传统边界元法在总计算时间上的比较,表明快速多极子边界元法在计算大尺度声学问题中的高效性。     

基于有限元与宽频快速多极边界元的二维流固耦合声场分析

采用有限元/快速多极边界元法进行水下弹性结构的辐射和散射声场分析。Burton-Miller法用于解决传统单Helmholtz边界积分方程在求解外边界值问题时出现的非唯一解的问题。该文采用GMRES和快速多极算法加速求解系统方程。针对传统快速算法在高频处效率低和对角式快速算法在低频处不稳定这一问题,该文通过结合这两种快速算法形成宽频快速算法来克服。同时该文通过观察不同参数条件设置下,宽频快速多极法得到的数值结果在计算精度和计算时间上的变化,得到最优的参数组合值。最后通过数值算例验证该文算法的正确性和有效性。     

二维新型快速多极虚边界元配点法

以二维弹性问题为研究背景, 提出了一种二维新型快速多极虚边界元配点法的求解思想, 即采用新型的快速多极展开和运用广义极小残值法来求解传统的虚边界元配点法方程。相对常规快速多极展开技术, 该文针对二维弹性问题在原有的快速多极虚边界元法展开格式的基础上, 通过引入对角化的概念, 以更新展开传递格式, 欲达到进一步提高计算效率的目的。数值算例说明了该方法的可行性, 计算效率和计算精度。此外, 该文方法的思想具有一般性, 应用上具有扩展性。     

求解具有弱界面的复合材料有效性能的近似模型与边界元法

基于中间层模型,建立了用于描述具有弱界面的多夹杂复合材料的三层嵌入式模型.首先,给出了计算多夹杂复合材料有效性能的公式,随后将三层嵌入式模型分成两种体系得到了相应的细观力学近似方法.此外,针对中间层模型进一步给出了快速多极边界元的基本列式.最后,通过算例验证所提出的两种方法的正确性及有效性,并进一步考察了界面性能对复合材料整体宏观性能的影响.比较结果发现,细观力学近似模型形式简单,易于编程计算,适用于快速预测具有弱界面的复合材料有效弹性性能.而数值算法能够快速有效直观的考察复合材料内部受弱界面影响后的应力分布.算例分析结果表明,当中间层厚度较大而弹性模量较低时,会使得夹杂不再具有增强效果.并且,随着中间层厚度的增加,基体内承担的最大应力也随之增加,从而容易导致复合材料在界面处产生破坏.     

大型浮体水弹性作用的频域分析

对大型浮体水弹性响应的频域计算方法做了综述和介绍。分别介绍了干模态法、湿模态法和直接计算方法,对于干模态法的五种结构弹性模态函数做了介绍,研究了五种模态函数下计算结果的收敛速度。对于水动力分析方法的计算量和存储量做了分析,介绍了降低计算量和存储量的一些新计算方法,实现了一种柱坐标下的多极子展开高阶边界元方法,积分方程中的固角系数和柯西主值积分均采用直接方法计算,应用该方法计算了波浪与大型弹性浮体的相互作用问题,计算结果与实验值得到很好的吻合。     

应力强度因子计算的样条虚边界元法

含有裂纹的工程结构在荷载作用时在裂纹尖端会产生应力奇异的现象,其严重的程度可用应力强度因子来表征。采用基于Kelvin基本解的样条虚边界元法,结合位移外推法,给出了断裂问题应力强度因子的求解方法。通过对两个典型断裂问题的分析,对边界子段与虚边界元的划分、小单元的采用以及拟合点位置的确定等关键问题展开了讨论,获得了相关计算参数的选取规律,为该法在断裂问题的进一步应用打下良好的基础。     

AN INDIRECT BOUNDARY ELEMENT METHOD FOR PLATE BENDING ANALYSIS

An indirect Boundary Element Method is employed for the static analysis of homogeneous isotropic and linear elastic Kirchhoff plates of an arbitrary geometry. The objectives of this paper consists of a construction and a study of the resulting boundary integral equations as well as a development of stable powerful algorithms for their numerical approximation. These equations involve integrals with high-order kernel singularities. The treatment of singular and hypersingular integrals and a construction of solutions in the neighborhood of the irregular points on the boundary are discussed. Numerical examples illustrate the procedure and demonstrate its advantages. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

R-ADAPTIVE BOUNDARY ELEMENT METHOD FOR UNSTEADY FREE-SURFACE FLOW ANALYSIS

An adaptive meshing based on the r-method is developed for two-dimensional unsteady non-linear flows with a free surface. Coupling of a boundary element equation and a weighted residual formulation of the pressure equation on the free surface is employed in solving the wave problems. A mesh optimization scheme is constructed for these two matrix equations. The final mesh distribution on the free surface is determined from the weighted average of these two adaptive meshes. Through numerical analyses of a non-linear sloshing problem and solitary waves in a tank, the influence of time interval of the remeshing and the weight factor for two adaptive meshes on the accuracy and efficiency of the proposed approach is investigated.     

低温技术在大型超导磁体中的应用

以高能加速器和高能粒子探测器为例,介绍了低温技术在大型超导磁体中的最新应用情况。     

ELASTOHYDRODYNAMIC LUBRICATION ANALYSIS OF LAYERED LINE CONTACT BY THE BOUNDARY ELEMENT METHOD

This paper presents a numerical routine to compute the contact characteristics of elastomer layered cylinders lubricated by isoviscous liquids. The indentation of the elastic layer is calculated from boundary integral equations which are solved by linear and quadratic boundary element methods for a finite plane model and a circular representation of the junction. The hydrodynamic equation is also transformed into a boundary integral equation and solved by Simpson's rule. Some factors which possibly affect numerical accuracy are examined. Examples for finite plane and circular layer are analysed with reference to parameters for printing press roller contact, in which results are obtained for the indentation, film thickness and liquid pressure, as well as internal stresses through the simultaneous solution of the elasticity and hydrodynamic equations. The results show that high precision is easily achieved and the method is efficient for such layered problems.     

大尺度土工织物充填袋受力特性分析

建立了充填粉土泥浆重度成线性增加情况下土工织物充填袋袋体的力学特性方程,并给出它的数值分析方法。利用该方法研究了大尺度土工织物充填袋的受力特性,并通过实际工程验证了该方法的正确性。计算结果表明:充填压应力相同时,大尺度充填袋袋体的周向拉力远大于小尺度袋体。因此,为保证袋体的强度要求,大尺度土工织物充填袋的充填压应力应控制在比较小的范围。在此小充填压应力下,计算得到的大尺度土工充填袋的水平向尺寸远大于竖向尺寸,为扁平状态,与管状的小尺度土工织物充填袋的形状明显不同。     

弹塑性接触边界元法模拟轧制过程

本文用作者开发的弹塑性接触边界元法首次模拟轧制过程。轧辊为弹性体,轧件为弹塑性体,视轧制为有摩擦的弹塑性接触问题,用最少的假定模拟了轧制过程,为分析轧制过程提供了一个有效而精确的数值解法。     

板弯曲问题三维虚边界元分析

本文抛弃以往解板弯曲问题的假设,直接从三维弹性力学微分方程出发,依据三维弹性力学问题的Kelvin解,应用最小二乘法建立了三维虚边界元法解板弯曲问题的一般方法。文中给出了具有各种约束的矩形板的数值算例,以作为本方法的应用。本文方法与边界元直接法相比,优点在于无需处理奇异积分,且系数阵是对称的：再者,本文方法思想简单,且程序实现容易,易于被工程界接受。     

非线性支承板的样条边界元分析

本文用样条边界元方法分析非线性支承板的弯曲问题。这里,非线性支承包括边界非线性,或地基非线性和这两种情况的组合。通过算例。我们知道,用少量的自由度都取得了令人满意的结果,而且对板的形状,以及支承的非线性形式原则上不受任何限制,这就为此方法的进一步应用提供了广阔的前景。