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。     

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。     

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。     

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。     

快速多极边界元法在大规模传热分析中的应用

该文将快速多极边界元法用于三维稳态传热问题的大规模数值计算。多极展开的引入使得该算法能够在单台个人电脑上完成30万自由度以上的传热边界元分析。统一展开的基本解能够处理混合边界。广义极小残差法作为快速多极边界元法的迭代求解器,数值算例分析了快速多极边界元法的计算效率。结果表明:快速多极边界元法的求解效率与常规算法相比有数量级的提高;在模拟复杂结构大规模传热问题上将具有良好的应用前景。     

二维声场的边界元分析

本文将边界元法应用于二维声场分析,给出了以第二类汉克尔函数为基本解的数值计算公式,比较了处理奇异积分的三种不同方法。通过对三种不同边界条件的管道声场和脉动圆柱的辐射声场的计算并与精确解比较,表明了方法是正确而有效的。     

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。     

基于快速多极子基本解方法(FMM-MFS)的弹性波二维散射模拟研究

针对弹性波二维散射问题,发展一种新的快速多极子基本解方法（FMM-MFS）。方法基于单层位势理论,通过在虚边界上设置膨胀波线源和剪切波线源以构造散射波场,从而避免了奇异性的处理和边界单元离散;结合快速多极子展开技术（FMM）,大幅度降低了计算量和存储量,突破了传统方法难以处理大规模散射问题的瓶颈。以全空间孔洞对P、SV波的二维散射为例,给出了具体求解步骤,并在个人计算机上实现了上百万自由度问题的快速精确计算。在方法效率和精度检验基础上,分别以单孔洞和随机孔洞群对平面波（P、SV波）的散射为例进行计算模拟,揭示了孔洞（群）周围弹性波散射的若干重要规律。     

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。     

The boundary element solution of the Laplace and biharmonic equations subjected to noisy boundary data

This study investigates the numerical solution of the Laplace and biharmonic equations subjected to noisy boundary data. Since both equations are linear, they are numerically discretized using the Boundary Element Method (BEM), which does not use any solution domain discretization, to reduce the problem to solving a system of linear algebraic equations for the unspecified boundary values. It is shown that when noisy, lower-order derivatives are prescribed on the boundary, then a direct approach, e.g. Gaussian elimination, for solving the resulting discretized system of linear equations produces an unstable, i.e. unbounded and highly oscillatory, numerical solution for the unspecified higher-order boundary derivatives data. In order to overcome this difficulty, and produce a stable solution of the resulting system of linear equations, the singular value decomposition approach (SVD), truncated at an optimal level given by the L-curve method, is employed. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.