用边界单元法求解弹性结构的动力响应

用与时间无关的Ｋｅｌｖｉｎ问题的基本解,作为加权函数的边界单元法求解弹性结构的动力响应．选用一组线性无关的坐标函数来近似域内点的位移,使惯性项的域积分转化为边界积分,把复杂的结构动力响应问题转化为边界上求解二阶线性常微分方程组的问题．利用Ｈｏｕｂｏｌｔ直接积分方法对时域进行离散,由初始条件逐步求出一系列离散时刻弹性结构的动力响应．文中的算例证实了该方法的可行性与精确度     

近似边界元方法及其收敛性分析

以Ｌａｐｌａｃｅ方程Ｄｉｒｉｃｈｌｅｔ问题为例,为椭圆边值问题近似边界元法的建立及其收敛性分析提供了一种框架性的工作。文中给出了近似基本解的确定方法,具近似基本解的离散边界变分方程解的存在惟一性定理以及近似解的误差估计,特别给出了近似基本解中截断数和离散网格宽度应保持的匹配关系,文末给出了数值算例。     

多联通区域中的拉普拉斯方程柯西问题的一种数值计算方法

多联通区域中的Laplace方程柯西问题的一种数值解法——基本解和边界控制技术相结合的方法,其主要思想是先通过边界控制技术来获得部分边界上的未知的Dirichlet数据的一个逼近,然后再用基本解方法去求解一个带有第二类边值条件的Laplace方程.这种方法在求解拉普拉斯方程柯西问题时与通常所用的基本解方法不同,本文主要是用基本解方法求解了一系列正问题而不是直接用基本解方法去求解拉普拉斯方程柯西问题这样一个反问题.这里由于Laplace方程柯西问题的高度不适定性,为了确保数值解的精度和稳定性,本文采用了Tikhonov正则化方法,在正则化参数的选取上采用了GCV准则.最后用数值算例证明了这种方法不论是在数值解的精度上还是数值解的稳定性上都是非常有效的.     

半无限域弹性力学问题的边界元法

本文提出了解半无限域弹性力学问题的边界元法,包括二维、三维问题。应用Mindlin和Melan基本解可使问题得到简化。文中特别提出了Kelvin基本解和Mindlin基本解或Melan基本解联合应用的问題,使得许多实际工程问题得到了较理想和简洁的解决方法,如坝体应力、围岩稳定、結构地基相互作用等问题。文中还介绍了半无限域的体力问題的处理方法。     

二维Laplace方程Dirichlet问题直接边界积分方程的Galerkin解法

用Green公式和基本解推导得出的直接边界积分方程来求解二维Laplace方程的Dirichlet问题.对直接边界积分方程大都采用配点法求解,还未见有实际用Galerkin边界元来解的报道.对Laplace方程的直接边界积分方程进行变分后,利用Galerkin方法,同时采用线性单元变分对方程进行了求解.该方法需要在边界上计算重积分,推出了第一重积分的解析计算公式,对无奇异性的外层积分则采用高斯数值积分.数值实验表明该方法是可行有效的.     

一种分析层状介质—结构相互作用的多元耦合模型

从全空间频域动力基本解出发，考虑到层状介质中多种波成分的存在，提出了一种可以同时传递Ｐ波和ＳＶ波的动力无穷元，并与文中提出的一种具有面力衰减特性的动力无限边界元耦合，建立了层状介质—结构动力相互作用问题的无穷元（ＩＦＥ）—无限边界元（ＩＢＥ）—有限元（ＦＥ）—边界元（ＢＥ）耦合模型。该模型在分析层状介质—结构相互作用时，具有以下优点：回避了复杂的层状介质基本解，可以考虑波的斜入射。数值计算结果表明了所提出的耦合模型对分析层状介质上结构的动力响应具有良好的计算精度。     

二维各向异性功能梯度材料热传导的边界元分析

为分析各向异性功能梯度材料的热传导问题,热传导系数采用指数模型,利用二维傅里叶积分变换和脉冲函数,得到了各向异性功能梯度材料的热传导问题基本解;利用基本解和边界条件,推导出了热传导问题的边界积分方程;将边界积分方程离散得到了边界元公式,进一步给出了内点和边界点上的温度和热流计算公式。最后利用常边界单元方法给出了正方形模型算例,说明了各向异性功能梯度材料具有缓解热应力和耐高温的特点。文中所得基本解可以为采用边界元法研究高温下各向异性功能梯度材料的力学性能提供理论上的支持。     

动力边界单元法及其在土一结构动力耦合效应分析中的应用

本文研究了动力边界单元法及其在土一结构动力耦合效应分析中的应用。文中利用Helmholtz势函数定理详细地推导了动力边界单元法的基本解,并且通过Laplace积分变换,应用直接列法建立了弹性动力的边界积分方程以及相应的数值求解公式。编制了动力边界单元法的计算机程序DYBEMI。最后对于不同激振频率和不同埋置深度的基础振动动力响应等算例进行了计算与分析。结果表明动力边界单元法在土一结构动力耦合效应问题中的分析是一种有效的方法。     

弹性圆域的边界积分方程及若干解析解

本文导出弹性圆域平面应变的虚荷边界积分方程以及应力与位移的积分表达式。由积分方程求得中间变量虚荷,再由虚荷求得应力与位移。文中用积分的方法求得若干解析解。某些重要的结果同时用边界元法求得数值解,并将解析结果与数值结果列成表格供比较。     

推力轴承的边界元分析

目前边界元法还很少用润滑问题的研究，原因在于雷诺方程的基本解很难求得。本通拟合推力轴承的油膜厚度，将雷诺方程转化为拉普拉斯方程的形式，用边界元法很快就得到了推力轴承的压力分布，计算结果表明，该方法的计算精度在实际工程中是能够被接受的。     

基于键型近场动力学的含裂纹板损伤模拟

针对含圆切口板和含穿透裂纹板结构,采用传统有限元法分析裂纹尖端区域的应力场分布,采用键型近场动力学方法模拟分析在承受拉伸、剪切速度边界条件下板内张开型裂纹和滑开型裂纹的形成与扩展。研究结果表明,近场动力学数值模拟的裂纹在有限元分析所得的应力集中区域生成,并且在两种结构状态不同边界条件下都能捕捉到板内裂纹复杂的发展过程,而且在模拟过程中裂纹自然扩展,能准确反映宏观材料渐进破坏过程中的细微观结构变化过程。     

Numerical simulation of circular jet impinging on hot steel plate

Flow structure and heat transfer characteristics of an axisymmetric circular jet impinging on a hot 1Cr18Ni9Ti medium plate have been simulated numerically using computational fluid dynamic (CFD) code. The relation between flow field of jet impingement and its heat transfer capability is analyzed, and the phenomenon that heat transfer at stagnation point is smaller than that of points directly around is discussed. The simulation result provides boundary conditions for thermalanalysis of medium plate quenching.     

纵振-方形声源辐射声场的计算

指向性是描述声源的一个很重要的声性能参数.边界自由条件下,方形薄板没有位移解析解,加之纵振换能器在激励方形辐射板时与板有一定的接触面积,不能视为点接触,这增加了计算纵振一方形辐射声源指向性的难度.本文基于对瑞利积分公式的离散,结合有限元数值计算方法,计算了不同激励面积下方板的指向性.结果 表明:激励面积将影响方板表面节...     

基于共轭传热计算的换热器热应力分析

次级换热器属于机载环控系统的主要附件,负责冷却涡轮压气机后的高温高压空气。为了分析某次级换热器服役过程中产生的热应力,首先对其传热与流动进行数值模拟,建模时针对产品的结构特点划分为周期性单元以及侧板单元两类计算模型,并提出将周期性单元的周期边界结果传递到侧板单元中作为约束条件的数值模拟策略,通过侧板单元中的共轭传热计算得到了结构上的温度分布;然后对换热器整体进行分析,在侧板结构上加载所获取的温度场结果并设置其他约束条件得出热应力分布。对比实验数据发现,数值模拟结果误差均在10%以内,共轭传热数值模拟策略在航空换热器热应力分析中的有效性得到了验证。     

遗传算法的平板建筑结构瞬态隔振性能边界条件优化方法

基于遗传算法及平板建筑构件瞬态振动响应时域有限元模型,提出一种提高平板建筑构件瞬态隔振性能的边界条件优化方法.有限元模型可模拟任意弹性边界条件下平板结构的瞬态振动响应,并在此基础上引入遗传算法,以边界条件为优化变量、瞬态振动响应最小化为优化目标,对边界参数进行最优解搜索,最大程度提升平板建筑构件对已知瞬态激励的隔振性能.实例结果表明:运用所提优化方法可以在不改变平板自身参数(材质、尺寸、厚度)前提下,通过边界条件的优化设计,有效提升平板建筑构件的瞬态隔振性能.     

薄板压铸件充型过程流场的数值模拟

压铸充型的流场数值模拟作为压铸模ＣＡＤ的一项重要内容，成为压铸行业科研的前沿课题。本课题以ＳＯＬＡ—ＶＯＦ方法求解不可压缩的粘性流体，开发了压铸二维流场的数值模拟程序。可以用它来模拟复杂薄板压铸件的充型过程。在边界条件处理时提出考虑边界能量损失的修正方法和自由表面压力边界条件简化处理方法。该程序可用来预测由于流动方式不合理产生的冷隔、裂纹、气孔等压铸件主要缺陷。适用于形状复杂的板状压铸件及某些三维薄壁压铸件。实际分析验证表明，运算结果与实测结果一致。     

涡轮边界条件对柴油机涡轮增压系统模拟计算影响的研究

本文给出了在不同涡轮边界条件下,柴油机涡轮增压系统模拟计算的结果,并与实测结果进行了比较;在此基础上,讨论了不同涡轮边界条件对模拟计算的影响.文中提出了径流式涡轮边界条件的简化处理及改进方法,提高了模拟计算的精度.     

Micromechanics-BEM Analysis for Piezoelectric Composites

The effective material properties of piezoelectric composites are predicted using micromechanics models of the composite structure combined with a boundary element method (BEM) solution of the governing equation. The composites consist of inclusion and matrix phases. The micromechanics method gives formulae for the overall material constants as functions of the concentration matrix, while the boundary element simulation gives numerical solutions of the boundary displacement and electric potential equations for inclusion or hole problems. Numerical results for a piezoelectric plate with circular inclusions are presented to illustrate applications of the proposed micromechanics-BEM formulation.     

各种支撑压电智能板的LQR振动控制

文章基于控制目标函数的LQR法,对各种支撑条件下控制目标函数中权系数矩阵(Q矩阵和R矩阵)进行理论计算,利用Matlab系统仿真,演示了四边固支板中点受初始位移激励时,前两阶模态位移的控制曲线和控制电压随时间变化的曲线。结果证明,该方法能有效达到控制结构振动和减小控制能量消耗的目的。     

引射器活门调节机构的流固热耦合特性

针对船用燃气轮机引射器活门调节机构多场耦合下的结构强度问题,建立了引射器三维流场以及活门阀片的结构模型,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,分别对流场进行了稳态与瞬态仿真分析.将瞬态仿真的结果作为有限元模型的边界条件,进行了包含热、气动和离心载荷的顺序单向流固热耦合分析.结果表明,相较于稳态仿真,瞬态仿真结果的趋势相近但压差更大.时变载荷的稳态求解,可能导致强度的估计不足.对活门调节机构而言,热载荷对机构阀片的变形、应力起到主要作用,气动载荷所导致的弯曲应力可以抵消一部分热载荷导致的弯曲应力,而离心载荷对机构的影响较小,可以忽略.所采用的分析方法可用于引射器活门调节机构等典型运动调节机构的结构设计与优化.