基于基本解的杂交有限元法计算应力强度因子

含有裂纹的工程结构的应力奇异性表征通常需要借助应力强度因子.结合位移外推法,采用基于单元边界积分的杂交有限元法给出了平面I型(张开型)裂纹的应力强度因子的计算方法.解析满足控制方程基本解的线性组合被用来近似表达单元内部的位移场和应力场,而普通的形函数插值则被用于近似表达单元边界位移场.二者通过杂交泛函联系起来,并且泛函中所有单元域积分被完全转化为单元边界积分.两个典型断裂问题的计算结果显示该方法具有精度高的优点,可以方便地用于断裂问题的应力强度因子计算.     

基于SBFEM计算劈拉试件裂纹尖端高阶奇异参数

比例边界有限元法是一种具有半解析性质的数值计算方法,径向位移和应力具有解析的性质,不需要特殊处理裂纹尖端,可以根据定义直接计算应力强度因子以及高阶奇异参数.为此基于比例边界有限元法计算了两种不同荷载作用下三种不同尺寸劈拉试件的奇异应力场,提取了T应力、高阶奇异参数以及应力强度因子.通过典型例题验证了SBFEM的有效性及其精度.数值计算结果表明,比例边界有限元法在计算应力强度因子、T应力和高阶奇异参数时是有效的,且具有较高的精度;联合子结构法（超单元）可以计算复杂形状问题的裂纹尖端奇异场.此外,T应力和高阶奇异参数可以作为进一步研究大体积混凝土材料和结构断裂性能的依据.     

无限介质中矩形裂纹相互作用分析

为评估含矩形面裂纹的无限介质的局部强度和稳定性,分析了在沿裂纹面正向和切向分布载荷作用下矩形裂纹的应力强度因子及两个共面或平行的矩形裂纹相互作用问题. 基于一类不含强奇异性面力边界积分方程, 采用边界单元技术给出了含裂纹介质的三维静力分析数值方法. 采用该数值方法考察了应力强度因子随矩形裂纹长宽比的变化情况,以及共面和平行矩形裂纹间距对应力强度因子值的影响. 结果表明,当裂纹间距减小时,共面裂纹的应力强度因子增大,而平行裂纹的主要应力强度因子则变小,表现出了不同的相互作用效应;当裂纹间距较大时,两裂纹间的相互作用效应基本消失     

弹性半空间中矩形平片裂纹问题分析

通过使用超奇异积分方程方法,对弹性半空间中与自由边界面垂直的I型三维矩形平片裂纹问题进行了研究.首先根据弹性半空间问题的弹性力学基本解,使用边界积分方程方法,在有限部积分的意义下导出了以裂纹面位移间断为未知函数的超奇异积分方程.通过将位移间断函数近似地表示为特征函数与一组多项式之积的形式,建立了数值计算方法.通过对几个典型数值算例的计算,分析了自由边界面对裂纹前沿应力强度因子的影响.     

边界单元法计算异弹模界面裂缝应力强度因子

利用双区域边界元法计算界面裂缝缝端应力场,用缝端应力强度因子KⅠ与应力的关系式求得KⅠ-γ曲线(r为极坐标),从而求得r=0处的应力强度因子.算例表明,边界元法是计算界面裂缝的有效方法.     

方孔分支裂纹的一种边界元分析

方孔分支裂纹是一个很复杂裂纹问题.本文利用笔者最近提出的边界元方法来研究内部压力作用下方孔分支裂纹问题.数值算例与文献报道的结果进行比较,发现这种数值方法无论对无限大板还是对有限大板中复杂裂纹的应力强度因子计算都非常有效.另外本文报道的方孔分支裂纹的应力强度因子数值结果可以揭示裂纹体几何对应力强度因子的影响.     

椭圆类平片裂纹二维有限部积分方程的多项式数值方法

根据均质弹性体中平面裂纹问题的一维Ｃａｕｃｈｙ型主值积分方程的Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ多项式数值求解方法,提出了三维断裂力学问题的椭圆类平片裂纹二维有限部积分方程中未知位移间断用Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ多项式与位移间断基本函数之积来表示的近似数值解法,并导出了与多项式系数相对应的应力强度因子计算公式最后给出了若干不同长短轴半径之比的椭圆平片裂纹应力强度因子计算例计算表明,本文方法的数值结果不但收敛速度快,而且精度也大大高于现有的有限部积分———边界元方法的精度     

双向载荷作用下无限大板中源于正方形孔的分支裂纹的应力强度因子

为研究源于正方形孔的一对分支裂纹问题提出一种边界元法,该边界元方法由Crouch与Starfield提出的常位移不连续单元和裂尖位移不连续单元构成.在该边界元方法的实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其他边界.算例说明,这种边界元法对计算平面弹性复杂裂纹的应力强度因子非常有效.给出的双向载荷作用下无限大板中源于正方形孔的一对分支裂纹的应力强度因子的详细数值结果,可以揭示双向载荷参数对应力强度因子的影响.     

边界单元法计算异弹模界面裂缝应力强度因子

利用双区域边界元法计算界面裂缝缝端应力场,用缝端应力强度因子KⅠ与应力的关系式求得KⅠ-γ曲线（r为极坐标）,从而求得r＝0处的应力强度因子,算例表明,边界元法是计算界面裂缝的有效方法。     

分域边界元法双映射奇异元计算应力强度因子

边界单元法是一种很有效的数值计算方法,目前在很多工程领域的数值分析中都有了广泛的应用,并取得了很好的效果.用它来求解裂纹尖端的应力强度因子就是这种方法在断裂力学中非常成功而有效的应用.文中简单介绍线性单元的分域边界单元法的相关公式,并引入双映射奇异单元,分析了带单边斜裂纹的单向拉伸板的应力强度因子.计算的结果与其他解比较表明:这种方法效果很好,有较高的计算精度.     

Laplace方程Robin问题的虚边界配点求解法

针对Laplace方程Robin边值问题,采用虚边界元方法进行求解.首先基于双层位势的延拓,推导出虚边界积分方程,然后用配点法求解,计算时对虚边界上的虚拟密度函数分别采用常单元和线性元离散.该方法避免了传统边界元中的奇异积分,采用较少边界节点即可达到较高精度.数值算例验证了此方法的有效性.     

求解二维非齐次Helmholtz方程的边界元法

基于Laplace方程的基本解讨论了二维非齐次Helmholtz方程的直接边界元解法.通过将Helmholtz方程变形之后加权Laplace方程的基本解和应用Green公式得到相应的直接积分方程,针对积分方程中同时存在域积分项和边界积分项,在应用边界元法分析求解时采用了耦合关于内点和边界点的积分方程求解,最后,通过数值算例验证方法的有效性.     

三维Laplace方程的虚边界配点求解法

针对三维Laplace方程的几种边值问题,采用基于单层位势和双层位势2种方式,利用分布在虚拟边界上的密度函数和矩密度函数,建立三维Laplace方程的虚边界元计算公式,并用常单元和等额配点法计算.该方法避免了传统边界元法中奇异积分的计算,采用较少的边界节点即可达到较高的精度.数值算例证明了此方法的有效性和可行性.     

弹塑性体的可动边界变分原理

利用可动边界的变分方法,在一阶变分为零的条件下,导出了待解函数应满足的数学物理方程,并建立了弹塑性体的可动边界变分原理,对弹塑性问题作了完整的描述。这类变分原理含有弹塑性区的交界方程、沿应变(应力)路径积分时,应变与应力应满足的本构方程、及在整体边界上力的附加边界条件。当略去边界可动性的影响时,这类变分原理就退化为通常的变分原理。     

Winkler地基板的一种新型边界元法

直接从 kirchhoff 薄板的基本解出发,建立了 Winkler 地基上薄板弯曲问题的边界积分方程,避免了在基本解中 Kelvin 函数的出现。本文方法适用于任意荷载、任意边界条件的 Winkler 地基板的弯曲问题。     

轴对称问题边界积分方程的数值处理

对边界积分方程的的数值处理一直是力学工作者探讨的问题。本文对具有轴对称问题边界积分方程进行离散及对奇异性的处理，使边界元法的求解更精确，同时，它又具有一般性。     

S_1流面上带层流分离气泡的边界层的求解方法

文中建立了S_1流面边界层积分方程,吸入方程及无粘流与边界层相互作用选代解法。文中应用边界层积分方程反解法同无粘流与边界层相互作用模型进行迭代,求解了带有分离气泡的S_1流面边界层。文中的算例表明,计算结果与实验结果符合很好。     

基于时域边界元法的散热结构瞬态热传导分析

针对散热器结构的瞬态热传导问题,首先,在热力学理论基础上,利用问题的控制方程推导出问题的积分方程;然后针对积分方程中的域积分,采用双互易边界元法(DRBEM)进行处理,得到边界积分方程;再对其进行边界离散,获得常系数微分方程组;最后,运用精细积分法(PIM)进行方程组求解,得到内部点的温度结果。通过边界元法与有限元法计算软件Workbench进行了对比分析,结果表明,边界元法具有计算量小、计算精确度高的优点,从而验证了DRBEM与PIM耦合求解具有较高精确性,是一种可供选择的有效求解瞬态热传导问题的数值计算方法。     

二阶Hammerstein型线性边值问题的积分微分差分方程

利用微分不等式技巧研究了一类二阶非线性Hammerstein型积分微分差分方程的线性边值问题。以二阶边值问题的已知结果为基础,建立了微分差分非线性方程解的存在性,以及Hammerstein型线性方程解的唯一性。在上下解存在的条件下,构造迭代序列,由Arzea-Ascoli定理和Lebesque控制收敛定理得到了二阶非线性Hammerstein型积分微分差分方程的线性边值问题的解的存在性。再利用反证法获得了解的唯一性。结果表明：这种技巧也为其它边值问题的研究提出了一种思路。     

二维多频声辐射问题的频域边界元分析方法

针对含有复杂频率成分声源的辐射问题,首先采用傅里叶变换将时域声源传播的控制波动方程转化为频域的 Helmholtz 方程;其次,选取多个等间隔的频率点作为采样频率,应用边界单元法求解各特征频率的 Helmholtz 方程,获得不同位置在各采样频率下的声压;最后,采用离散傅里叶反变换将频域声压幅值和相位转化为时域声压。边界元方法的应用过程中,在 Helmholtz 方程的常规边界积分方程的基础上,采用非连续拉格朗日单元对边界进行离散,保持了试函数在节点处的高阶连续性。在设计的两个不同结构内声场分析的算例下,验证了所提算法的正确性和准确性。