三维弹塑性摩擦接触多极边界元法

三维弹塑性摩擦接触问题是多重非线性问题，对接触区表面和塑变区的离散，须划分大量单元进行大规模运算才能获得接触位移、面力及应力场的准确信息。传统边界元法由于离散自由度所需内存大，CPU计算时间冗长，完整解题运算规模受到限制。本文在三维弹性多极留数边界元法的基础上，开发研制三维弹性数学规划型摩擦接触多极边界元法及源程序，建立三维弹塑性摩擦接触多极边界元法并研制其源程序，更新了课题组开发的原传统的三维弹塑性摩擦接触边界元法。数值试验表明，本法使计算机内存量减少近百倍，从而使细划分单元的大规模运算成为可能，并提高了计算精度。     

表面张力对固壁近旁空化气泡溃灭特性的影响

导出了考虑表面张力影响下模拟固壁附近溃灭空化气泡特性的边界积分方法及数值求解方法．首次在本研究领域采用ENO插值方法进行网格重分，而无须对每点计算结果进行人为光滑化就能模拟气泡的大变形．对算法各个环节的分析及比较结果说明本数值方法和程序是正确的．数值模拟结果显示，表面张力对固壁附近小空化气泡溃灭特性的影响是非常显著的．     

船舶辅机舱振动与声辐射计算及实验研究

采用有限元／边界元法对船舶辅机舱动力设备引起的振动与声辐射进行了数值计算,并进行了相应的实验研究．根据面导纳概念和基座振动测试曲线求得动力设备作用于船体基座上的激励力,使用有限元程序进行结构模型的振动响应计算,然后采用边界元法对水下辐射噪声进行了计算．计算结果与实验结果之间的误差d 10dB以内,表明本方法具有较好的准确度．在此基础上讨论了不同模型参数对计算结果的影响,计算结果表明在边界元法中按照流体波长采用较粗的网格仍可获得较好精度,而仅采用一个舱段模型计算会存在较大误差．     

固体力学中快速多极边界元法研究进展

和快速多极方法相结合，使边界元法处理大规模工程与科学问题变得十分有效,首先概括介绍了快速多极边界元法，接着介绍其精度和效率的验证以及与常规边界元法的比较，并给出在微机机群上的快速多极边界元并行算法,给出了快速多极边界元法的一些应用，其中包括：复合材料的二维、三维模拟，含大量裂纹的二维弹性固体及其疲劳裂纹扩展的模拟．此外还介绍了用于弹塑性问题的快速多极边界元新方法．     

舰艇振动声学特性数值分析

交替运用结构有限元法与声学边界元法，对某型艇振动声学特性数值问题进行了研究，建立了全船三维有限元分析模型，通过频响分析计算，获得结构振动响应特性参数，以船体结构频响分析计算结果为声学边界条件，建立了全船三维边界无声学分析模型，并采用直接边界元法，对全船近场声学特性进行了计算，对比计算结果与实例数据表明，该计算方法是可行的，计算精度满足工程需要。     

齿轮结构振动声学特性数值分析

交替运用结构有限元法与声学边界元法,对齿轮结构振动声学特性数值计算问题进行了研究。建立了齿轮结构三维有限元分析模型,通过频响分析计算,获得结构振动响应特性参数。以齿轮结构频响分析计算结果为声学边界条件,建立了齿轮三维边界元声学分析模型,并采用直接边界元法,对齿轮近场声学特性进行了计算,得到齿轮结构在简谐激励下的声辐射声压,为降低噪声提供理论依据。计算结果表明,所建立的振动和声辐射模型及算法是有效的。     

非轴对称零件复合挤压变形规律的研究

本文对带爪盘形类非轴对称零件(如摩托车齿轮、拖拉机转向齿轮等)的复合挤压变形规律进行了实验和理论研究。用弹塑性有限元法开发了三维弹塑性有限元程序,并利用该程序对非轴对称零件的复合挤压变形进行了数值计算分析。用有限元法所得的理论计算值与实验研究结果吻合。     

非匀速动态裂纹应力强度因子的边界元算法

为了精确计算动态裂纹扩展时的裂纹应力强度因子,在Ｆｅｄｅｌｉｎｓｋｉ提出的时域对偶边界元法的基础上,将函数变换引入到弱奇异积分中,提高了弱奇异积分的精度,并将时域对偶边界元法应用到非匀速的裂纹扩展中,建立了裂纹非匀速扩展的边界元格式,进行了计算。将计算结果与根据文献数据对裂纹作的弹塑性有限元分析,及在此基础上模拟焦散法（ｃａｕｓｔｉｃｓ）所得的结果作了比较,两者符合得较好,说明边界元法在分析动态裂纹扩展中有很好的应用前景。     

电场计算的快速多极子预条件高阶边界元法

针对多介质工频电场计算中低阶边界元法及预条件(GMRES)法的计算精度低及计算成本高的不足,在低阶边界元法基础上引入高阶边界元和快速多极子法,提出了一种用于求解三维电场分布的快速多极子预条件GMRES高阶边界元法。建立了三维电场计算高阶边界元模型,阐述了快速多极子预条件GMRES高阶边界元法基本原理和具体实现方法;通过双介质实验模型进行了方法验证,并基于500kV变电站部分关键设备的三维电场计算,表明该方法在电场计算精度及在内存消耗和计算时间上均比预条件GMRES法有明显的优势。最后将计算结果与实际测量值进行了比较,该方法的计算结果与测量值最大相对误差为8.65%,该方法更适合于分析变电站这种大尺度多介质环境下的工频电场分布。     

压力容器开孔结构分析的快速多极边界元研究

压力容器开孔结构的应力高度集中。为精确模拟该结构的应力状况,该文提出一种三维高阶快速多极边界元法。在三维弹性力学边界元法的基础上,推导出二阶单元的基本解快速多极展开格式。该算法通过多极展开概念,大大降低了对存储量的要求,并且不损失精度。使用高阶快速多极边界元法分析含多个开孔的压力容器整体结构,所得应力结果与大规模高阶有限元法的结果吻合得很好。研究结果表明,高阶快速多极边界元法易于分析此类大规模问题,并具有很高的数值计算精度,满足工程设计的要求。     

柴油机曲轴的随机应力分析

针对曲轴的结构形式和受力状况,在三维边界元的基础上,提出了三维随机边界元法的数学模型,编写了计算程序．考虑了材料物性和载荷的随机性,对曲轴的应力进行了统计分析,算例所得结果可靠,并为曲轴的改进设计提供了依据．     

三维拍动翼推进效率的计算方法

针对国内外学者对拍动翼的研究多集中在水动力性能分析与流场模拟方面,而对其推进效率的计算方法尚无科学严谨论述的现状,提出一种计算拍动翼推进效率的方法.采用基于速度势的面元法计算了三维拍动翼的平均推力系数,通过与Fluent数值模拟计算值及相关实验结果的对比,证明了面元法程序在计算中的有效性.在此基础上,结合理论力学和分析力学的基本理论,推导拍动翼推进效率的计算公式,应用面元法实现其推进效率的数值计算.推进效率计算值与实验结果的比较表明,所提出方法适用于三维拍动翼推进效率的计算.并分析了转动幅度和频率对平均推力系数和推进效率的影响.     

正交各向异性涂层结构温度场计算

边界积分方程中的几乎奇异积分计算难题阻碍了边界元法在涂层结构中的应用．针对此,给出了正交各向异性温度场边界元法中几乎奇异积分的正则化算法,并将其应用于分析涂层结构的温度场．首先计算了涂层和基体为同种材料时涂层结构内的温度场,并与精确解比较来验证该方法的正确性,然后计算了涂层和基体为不同材料时正交各向异性涂层结构内的温度场．数值算例表明,同常规边界元法比较,该方法可以计算更薄涂层内的温度场．     

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。     

基于NURBS边界元法的波浪荷载计算研究

应用基于NURBS的边界元法对船舶在波浪中的运动和荷载计算进行了研究.基于NURBS边界元法原理编制了相应的边界元法计算程序.对构建线性方程组的配点法和Galerkin法进行了比较,验证了两种方法的计算精度,结果表明Galerkin法计算结果的精度要好于配点法.使用基于NURBS的边界元法和频域三维移动脉动源格林函数,对一艘集装箱船在波浪中的运动和受到的波浪弯矩进行了计算,计算结果同已有的实验结果和数值计算结果符合良好.     

Taylor级数多极边界元法远场影响的误差估计

快速多极方法能够有效地提高边界元法的计算效率．求解的计算量和内存量与问题的自由度数N成正比．求解的精度与传统边界元法相比有所下降．分析了Taylor级数多极边界元法的计算精度和远场影响系数的误差．研究了核函数r的Taylor级数展开性质,推导了三维弹性问题基本解的误差估计公式．说明了影响多极边界元法计算精度的因素．数值算例显示了误差估计公式的正确性和有效性．     

近自由面水下爆炸气泡与破损结构耦合作用机理研究

近自由面水下爆炸气泡的动态特性非常复杂,研究其与破损结构的耦合作用机理对于发挥武器的二次攻击毁伤能力具有重要的意义. 基于耦合欧拉-拉格朗日方法,建立了近自由面水下爆炸模型,讨论了（不）完整直角结构近自由面水下爆炸过程中气泡的动态特性,揭示了近自由面水下爆炸气泡与破损结构耦合作用机理. 首先建立近自由面水下爆炸模型,将气泡形态、最大半径、周期等仿真结果与实验数据对比,验证数值模型及计算方法的有效性. 探究了完整和破损结构的存在对近自由面水下爆炸气泡动态特性的影响,发现结构与自由面的共同作用使得气泡出现射流偏折、水冢一侧凹陷和气泡破碎等现象. 结果显示破口尺寸参数γ在0.070~0.085区间内,气泡在结构一侧将形成倾斜射流,破口尺寸的增大对射流的头部宽度、头部速度和倾斜角度呈现明显的正向影响.      

有压梯度边界层壁面局部脉冲诱导大涡结构的演化机制研究

在不同压力梯度边界层流中,采用直接数值模拟的方法,研究了壁面局部脉冲扰动激发大涡结构的演化机制和特性．数值结果表明：局部脉冲激发产生的大涡结构成因的许多特点,如幅值演化,高低速条纹结构,流向涡的产生,上喷和下扫过程,平均速度剖面存在拐点等特性与实验及某些数值结果非常相似．随着时间的不断推进,在逆压梯度边界层流中容易被激发产生大涡结构,且扰动幅值的增长、流向涡的形成、影响区域的范围及流场的三维特性等均大于零压和顺压梯度的情况;反之,在顺压梯度边界层流中不易被诱导产生大涡结构．     

机床整机结构边界元静态解析方法研究

运用边界元法 (BEM )和结合部理论 ,将机床整机结构用梁单元和弹簧单元来等效 ,并利用机床的设计图纸信息 ,建立机床的整机静力学模型 ,同时还可以预测机床整机的静态性能 ,为结构修改提供依据 .研究结果表明 :用边界元法进行解析计算 ,所得结果与实验值基本接近 ,提高了解析计算效率和计算精度     

沙漠公路近壁流场的风洞实验和数值模拟

采用风洞实验结合数值模拟方法研究沙漠公路近壁流场,进而探讨沙漠公路的防沙优化设计．建立了模拟风场结构的二维湍流模型,借助Fluent软件进行计算,与风洞模型实验进行对比,并由此模拟计算不同公路设计条件,比如公路边坡比、宽度、高度以及风向与公路走向夹角等不同条件下公路附近的流场结构．