基于Burton-Miller边界元法的不同类型单元计算精度对比

为了提高边界元法的计算精度和对具有复杂边界形状实际问题的应用能力,发展并应用非连续线性和二次边界单元进行数值计算.使用传统边界积分方程计算外声场,通过带有解析解数值算例,对比不同类型单元的计算精度,得到最有效的单元类型.然而使用传统边界积分法,在某些虚假特征频率处会产生解的非唯一性问题,Burton-Miller方法可以有效地克服这一问题.基于Burton-Miller法得到的非连续线性和二次单元的优化节点位置并不在勒让德多项式零点位置上,虽然表现得不像传统边界元法那样规律和统一,但是合适的经验值仍然被给出.     

无奇异边界元法精度分析

采用无奇异边界元法将传统常值面元法中原本直接布置在流体计算域表面网格中心上的奇点移至计算域外部,实现无奇异化.为了分析无奇异边界元法的精度,以类似于经典的圆球绕流为例,对去奇异关键参数进行了详细分析,并将数值模拟结果与文献中解析解进行了对比.研究发现无奇异边界元法可以大幅度提高流场在形状突变处的速度分布精度.     

直接边界元法奇异积分的研究

在用直接边界元法解决弹性问题时,当场点与加载点重合时,边界积分方程将出现奇异.为了减少计算误差,有必要求出奇异积分的解析式.应用高等数学基本理论推导出二维弹性问题直接边界元法奇异积分的解析式,采用线性单元离散边界,求出了奇异的对角线子矩阵元素的解析表达式.根据理论推导的结果,编制了相应的计算程序.可用于分析弹性二维问题的位移场和应力场.     

瞬态热传导问题的精细积分边界元法

对于三维瞬态热传导问题,在考虑内部热源的情况下,采用双重互易边界元法(DRBEM)结合精细积分法(PIM)进行求解。该方法根据含有内部热源的各向同性介质瞬态常系数热传导问题的控制方程,通过加权余量法推导出相应的边界积分方程,然后用双互易法(DRM)处理得到的边界积分方程,将热源项和温度关于时间导数项引起的域积分通过径向基函数(RBF)逼近后转化为边界积分。之后将边界积分方程离散,得到与时间相关的一阶常系数微分方程组,最后,在获得解析解的过程中,通过PIM处理其中的矩阵指数函数(MEF)。通过三个数值算例来验证该方法的准确性和稳定性。     

Kirchhoff圆板的解析积分边界元法

利用一般弯曲薄板边界为规则曲线的特点,对工程常用的圆形弯曲薄板,采用线性单元,导出Kirchhoff圆板各辅助态的边界积分解析表达式。建立问题的边界元法系统方程。从而使薄板的边界元分析完全避免通常使用的高斯积分。明显提高计算精度．给出4个不同荷载及边界条件情况的圆板的算例,计算结果表明。对于具有规则曲线边界的问题,采用解析积分的边界元法是十分有效的。     

带超强奇异积分的Galerkin边界元法

当采用Calderon投影的第二个表达式的直接边界公式解Laplace方程的Neumann问题时,需求解含超强奇异性的第一类Fredholm积分方程.为了克服积分方程的奇异性,采用Galerkin边界元方法,利用广义函数的分部积分公式,把对积分核的两阶导数转移为未知边界量的旋度.对二维问题,采用线性单元时,边界旋度可离散为常向量,从而得到简单的计算公式,避免了超强奇异积分数值计算的困难.数值算例验证了这种方法的有效性和实用性.     

边界元法中域积分处理方法研究

需将整个区域Ω离散,这将使边界元法的优点不能体现.为了消除这一不足,学者们提出了各种解决办法,如伽辽金张量法、特解法、蒙特卡罗法等.本文提出改进蒙特卡罗法和基本解法.     

边界积分方程——边界元法在三维断裂力学中的应用

本文简要地评述了边界积分方程——边界元法在三维断裂力学中的应用,也回顾了边界积分方程及边界单元的离散形式,并采用常应力插值和线性位移插值函数的三角形单元,编制了计算程序,对一个具有径向内表面椭圆裂纹的受内压圆筒进行了 K_1值的计算。计算结果与交替法所得结果进行了比较。计算表明:在三维断裂力学领域内,边界积分方程——边界元法是十分有效的,可以用比较粗糙的边界元网格得到精确的结果。计算是在 TQ-16电子计算机上进行的。     

冷却分析边界元法中积分奇异性的处理

分析三维边界元法中的积分奇异性,对冷却分析中的两类单元：水管单元和制品三角形单元分别采用不同的线性插值函数,并通过引进退化的积分变换,消除了积分时存在的倒数奇异性和二阶奇异性,并给出了带有源点的单元上积分的解析表达式．     

冷却分析边界元法中积分奇异性的处理

分析三维边界元法中的积分奇异性，对冷却分析中的两类单元：     

基于积分核级数展开的多极边界元法及其截断误差分析

对于二维Helmholtz方程问题,本文提出一种基于积分核级数展开的多极边界元方法,推导证明了二维Helmholtz方程的多极展开定理,给出了多极边界元法计算公式和计算过程,分析了截断误差,说明截断误差可由截断项数控制,并给出一个可广泛应用于实际计算的截断项数的近似表达式。     

回转体轴对称问题的边界积分方程─—边界元法

本文对于旋转体轴对称弹性力学问题上应用了经过适当处理的三维问题开尔文解。有关的数值方法是一种边界积分方程－边界元法，它的加权余量方式进行配点计算，文中以带有沟槽式台阶倒角的圆轴为例算出了应力集中系数。一些计算结果与现在已有某些文献上的资料相比是接近或更为精确。这说明本文的方法为提供大量新的有效应力集中系数开辟了一个途径。     

基于径向积分边界单元法的内场声学分析

由于Helmholtz方程的基本解是频率的函数,传统边界单元法在处理声场特征值问题时具有天生的缺陷.采用Laplace方程基本解生成积分方程,通过径向积分法将在此过程中产生的域积分项转化为边界积分.此方法克服了传统边界单元法系数矩阵对频率的依赖,同时克服了特解积分法和双重互易法对特解的依赖,将内场声学特征值问题转化为广义特征值问题.最后通过内场声辐射分析和声学特征值分析验证了算法的有效性.     

关于边界元法及其解的精度问题探讨

本文阐述了边界元直接法与间接法的基本原理及步骤,提出了改进边界元解在边界附近精度的方法。     

基于等几何-边界元法的热弹性力学问题分析

温度变化引起的固体热应力问题一直是影响固体材料寿命的重要因素之一.边界元方法利用边界积分代替域积分,对复杂问题的降维处理大大降低了计算复杂度.利用非均匀有理B样条曲线(NURBS)构建计算模型边界,采用等几何思想进行单元划分,从而克服了单元离散造成的几何误差.由于热应力的存在,导致构造的等几何边界积分方程里含有域积分项...     

基于精确几何-边界元法的二维声场问题分析

基于精确几何的思想,建立考虑边界几何形状,减小单元划分过程中产生几何误差的边界积分方程.积分过程中,积分项的奇异性问题通过采用Cauchy主值积分和Hadamard有限部分积分的方法来进行克服.同时,在边界元法求解声场问题过程中,出现的由非真实频率而引起的结果偏差可以通过Burton-Miller方法来解决.数值算例表明,考虑真实边界的精确几何-边界元方法具有较好的精确度.     

基于扩展单元插值法二维弹性问题的边界元法分析

本文把一种新型的插值方法-扩展单元插值法,用于二维弹性问题的边界元法求解。扩展单元是在原非连续单元两端添加虚节点,将非连续单元变成阶次更高的连续单元。原非连续单元的内部点被称为源节点,其形函数用来构建源节点和虚节点之间的关系,被称为RawShape。扩展单元的形函数是由源节点和虚节点构造,用于边界物理变量的插值, 称之为FineShape。扩展单元继承了连续和非连续单元的优点,同时克服了它们的缺点;既可以插值连续场,也可以插值非连续场,在不改变方程自由度的前提下(边界积分方程只在源点处配置),把插值精度提高了至少两阶,最大限度的发挥了边界积分方程试函数可以不连续的特性。最后通过数值算例来验证本文方法的精度和收敛性。