远域耦合映射无限元在桩-土相互作用中的应用

推导了平面4节点拉氏无限元（4＋2）匹配型式的无限元函数,采用有限元一无限元耦合方法（FEM-IEM）求解了分别遭受轴力、剪力、弯矩等荷载作用形式的单桩．土静力反应计算问题,实现了对无限体的不遗漏计算．对比结果表明：无限元能实现无穷远处位移为0的边界条件,能应用于大范围内的有限域计算,程序实施上较简便;而采用FEM-IEM耦合法免去了边界设置的繁琐,精度也能满足计算要求,计算效率也较高,因而该方法是有效可靠的,能广泛应用于岩土工程领域的数值分析工作中．     

基于有限元-无限元耦合的2.5D直流电阻率数值模拟

为了解决传统有限元截断边界所引起的问题,提出一种新的2.5D直流电阻率有限元-无限元耦合数值模拟方法。首先推导无限元2.5D单元映射函数,然后提出一种无限元形函数,将其与传统有限元相结合,取代传统的混合边界,使得电位在无限域内连续并在无限远处衰减为0 V,最终形成的刚度矩阵稀疏对称并与场源位置无关。研究结果表明:在相同的网格剖分下,有限元无限元耦合方法比传统有限元法能够在边界测点处得到更高的计算精度,能够在较小的计算范围内得到更优的计算结果,从而有利于减少节点数,提高计算速度;由于系数矩阵不随场源位置改变,有利于加速反演计算。     

基于2.5维有限元算法的边界处理及网格划分

由于2.5维周期化技术能有效地处理列车振动波传播模拟过程中计算尺度与计算时间的矛盾,因而国内外学者在此理论基础上将FE(有限元)和粘滞边界以及IFE(无限元)等边界处理方法进行耦合.为讨论上述算法中有限元网格划分区域及单元大小对计算精度影响,通过运用软件Matlab编制程序读取Ansys中的模型信息,并将2.5维有限元和无限元边界耦合等算法在其中得以实现.在此基础上发现在相同的网格划分条件下,采用2.5维无限元边界较粘滞阻尼边界具有更高的精度,同时通过选取不同尺寸的有限元模拟区域及最大网格大小,将计算结果与经典解析解进行比较,并对上述网格划分参数的合理选择提出了建议.     

三维频率域可控源电磁法有限元-无限元结合数值模拟

针对传统的三维频率域可控源电磁法有限元数值模拟数据量大、耗费时间长的问题,引入无限单元来取代施加在外边界上的人工边界条件。电磁场在无限单元内扩散至无限远处,并最终衰减为0。由此,有限元剖分区域的范围被大幅减小,总自由度数相应降低,计算速度随之加快。数值模拟结果表明:采用本文提出的有限元-无限远结合算法后,有限元网格化区域不到原先的1%,自由度总数减少约33%,求解时间节省约25%,计算精度与大范围下施加Dirichlet外边界条件的有限元结果相当。     

基于无限元的含节理路基的非线性分析

结合映射无限元的基本原理,提出用有限元-映射无限元耦合模型来解决路基中节理的材料非线性问题.通过编制分析程序将映射无限元的应用推广到节理的非线性领域.研究表明:与常规的有限元法相比,有限元-映射无限元耦合模型有效地缩减了计算规模,提高了计算精度和效率,具有显著的经济性.     

岩体中无限区域软弱夹层的模拟

提出平面四结点映射夹层无限元模型及相应算式，在半无限区域的岩土工程中，用此单元与夹层有限单元耦合系统模拟无限区域的软弱夹层，节省了大量的数据准备工作量和机时，了计算精度。     

近表面洞室对矢量波散射问题的边界元解

采用无限边界元方法研究了半空间中一近表面洞室对矢量波的散射问题,给出了以全空间格林函数为基本解且半空间表面离散的边界积分方程．在这一边界积分方程中,较好地消除了主值积分．在半空间表面进行离散时,采用无限单元与有限单元相结合的方法,大大减少了计算量,提高了精度．     

提取近场扫描天线等效电路参数的一种新方法

提出了一种新的提取近场扫描天线等效电路参数方法.利用静电场与静磁场有限元分析方法结合无限元技术,分别计算了近场扫描天线线圈等效电路的电容和电感数值.考虑到线圈很薄,网格无法精细划分影响计算结果,采用插值推算法获取更精确数值.计算结果与HFSS仿真数据误差小于1.3％.与高频仿真软件相比,所提出的方法没有高频方法的低频奇异问题,这为处理低频问题提供非常重要的计算手段,弥补了高频有限元法在低频段的不足.最后通过对有限元网格、边界球半径以及无限元区域厚度的讨论,研究对计算结果的影响和变化规律将对有限元仿真分析设定参数提供参考依据.     

动力分析的刚体－界面元与有限元耦合法

提出了刚体－界面元、有限元与半无限元相耦合的算法，研究了挡水结构系统的动力特性及在地震激励下的动力响应。对于结构的主要部分用刚体－界面元离散，对结构的迎水面部分用有限元离散，在两种单元的交接面上设置了过渡单元，采用有限元和半无限元相结合模拟了水体的宽广性。文中导出了相关公式，编制了相应的计算程序，数值算例结果与有关文献比较，证实了提供方法和编制程序的正确性，并说明该方法具有简便，工作量少和计算精度高的优点。     

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。     

结构地基相互作用的FE-BE-IBE耦合模型

提出了一种新的频域耦合模型——有限元一边界元－无限边界元（ＦＥ－ＢＥ－ＩＢＥ） 耦合模型，能充分考虑近场土的非均匀性与远场辐射条件，适合于研究复杂地基中地震波 的传播及结构与地基的动力相互作用。它采用无限边界元模拟自由地表，提高了求解的 效率。通过与前人工作的比较，验证了本模型的精确性与经济性。     

无限单元法在公路隧道结构分析中的应用

采用具有精确解的无限厚壁圆筒作有限单元法分析和无限单元法分析,通过对这两种分析方法的分析结果的比较得知：无限单元法是解决无限域问题的一种有效的方法,采用这种分析方法进行隧道及地下工程结构分析,可以消除有限单元法所带来的边界效应,从而使计算精度大为提高。本文采用无限单元法对某公路隧道进行了分析计算,计算结果与实际基本吻合。     

无限元在坝,水地基系统动力分析中的应用

本文提出一种无限元,通过选用不同的衰减函数,可以分别用于静力场、动力场及各类稳定场问题.文中用无限元模拟了无限地基的弹性及动水压力场的分布规律,计算了紧水滩拱坝的动力特性和动力反应.并和常规的有限元法对比,结果表明:用无限元模拟拱坝的地基和库水能更好地反映坝、水、地基的动力相互作用机理,节省了地基和库水单元,减少了总自由度数,从而缩减了计算机内存、CPU时间和数据准备工作量.本文的无限元在形式上类似于常规的等参数单元,易于在现有的有限元程序中加入无限元子程序段,因此,便于工程技术人员掌握,是一种值得推广为工程实用的有效新单元.     

无限与半无限平面弹性问题的边界元技术

讨论了无限与半无限平面域中线弹性问题的基本解的性态，提出一种修正 Ｋｅｌｖｉｎ权函数，并导出无穷边界元的算式。这种方法特别适用于不规则的半无限平面问题。计算表明，这种计算方法与有限元相比，在保证具有相似精度的条件下能够节省ＣＰＵ时间和数据处理工作量。     

三维无界元和有限元的耦合方法

本文提出了三维无界元和有限元的耦合方法,即用无界元来模拟远场效应,用有限元模拟近场效应.同时,给出了三维四点无界模型及形函数、位移函数,无界元的单刚矩阵等整套计算公式,编制了三维无界元和等参有限元的耦合程序.该程序具有提高计算精度和节省机时、节省存贮量等优点,是解决岩土工程问题的有效工具.     

Efficient Procedure for Seismic Analysis of Soil-Structure Interaction System

Introduction Dynamic soil-structure interaction systems have been studied for many years. Under seismic excitations the soil-structure interaction system is infinite, and there exists energy exchange between the superstructure and the foundation[1]. The m…     

求解开域电磁场问题的区域映射有限元法

为了求解开域电磁场问题,提出一种区域映射有限元方法。该方法把待求解的无限大区域划分为内部有限区域和外部无限区域。对内部区域,形成传统的有限元方程;对外部区域,引入几何中的Kelvin变换,对变换后的场域形成另一个有限元方程。内外区域的方程在公共边界上耦合。结果表明,该方法使用1/9甚至更少的单元即可达到传统有限元法的精度。与传统有限元法相比,该方法大量减少生成的网格单元数、计算所需的内存和时间。已在二维和三维开域问题计算中实现了该方法。     

波浪对弹性结构三维绕流分析的半解析方法

采用二维解析和一维离散的方法处理无限流体介质，建立一种分析结构与外流体动力相互作用问题的半解析无限元法，使波浪对弹性结构绕流的三维问题化为一维数值问题来解，从而在很大程度上节省了单元、内存与计算工作量，同时径向无限域边界可得以正确模拟，比现有的有限边界人工处理更显优越。     

无限均布压力作用下弹性地基的应力和位移

通过两个典型的半无限体实例,对水平表面作用无限均布压力下弹性地基的应力和位移解答进行研究,结果表明:对边界条件不明确的无限边界仅采用解答的必要非充分条件——平衡条件来等效处理,其应力解答不是唯一的,因为此时该边值问题不是一个适定的数学问题.对弹性地基梁板中的半无限大地基、底部完全位移约束的有限深地基和底部光滑刚性支承的有限深地基在水平表面作用无限均布压力时的应力和位移分量进行了比较,认为底部完全位移约束的有限深地基模型较其他两种地基模型更合理.     

基于模糊技术的三维电磁场有限元网格生成

利用模糊数学理论,提出了一种新的三维电磁场有限元网格生成方法。首先根据现场资源确定合理的单元与节点总数,并根据纵横向尺寸比确定基平面节点总数和纵向剖分层数。然后将离散区域划分为不同子区域,利用现有的知识和专家经验建立不同子区域的剖分密度方式,根据模糊数学中隶属函数对子域密度方式进行叠加,生成总体区域密度方式,从而在基平面形成疏密合理的二维网格。最后通过基平面逐层延拓,形成三维网络。由于充分利用了列