基于SBFEM的坝-库水相互作用分析

将W o lf和Song提出的比例边界有限元法(sca led boundary fin ite e lem en t m ethod,简称SBFEM)应用于坝-库水相互作用分析.在库水不可压缩假定的前提下推导了坝面动水压力与附加质量矩阵的基本方程.二维重力坝和三维拱坝坝面动水压力的算例表明,与有限元法比较,SBFEM计算精度明显提高,同时由于具有降维的特点,计算工作量也在很大程度上有所节约.还分析了库底和水面坡度变化以及水库边界形状适当变化对动水压力分布和数值大小的影响.结果表明,一般情况下水库边界的变化对动水压力的分布形状基本上不发生影响,对动水压力数值大小也影响不大.     

断裂问题的插值型无单元伽辽金比例边界法与有限元法的耦合研究

插值型无单元伽辽金比例边界法是一种只需在计算域的边界上采用插值型无单元伽辽金法离散且无需基本解的半解析数值方法,特别适用于求解包含无限域和奇异物理场的问题.本文提出了一种用于断裂分析的插值型无单元伽辽金比例边界法与有限元法的耦合分析方法,更好地发挥插值型无单元伽辽金比例边界法和有限元法各自的优势.裂尖周边一定范围的计算域采用插值型无单元伽辽金比例边界法模拟,而其余区域则采用有限元法模拟.在这两个区域内,分别采用各自相应的位移模式,两者相互独立.利用交界面两侧位移的连续条件,可以方便地建立耦合求解方程,简明有效,易于编程计算.最后给出了两个数值算例验证本文方法的有效性.     

饱和土体固结3D比例边界有限元法分析

基于饱和土体Biot固结理论,考虑土体体力与表面作用力,结合饱和土体中土骨架动力平衡方程与孔隙流体的连续方程,在计算域内采用Galerkin加权余量法,推导了3D无限、有限域全耦合饱和土体固结的比例边界有限元方程.理论推导表明:与单相弹性土体不同的是,由于孔隙水的存在,饱和土体固结比例边界有限元法方程中不仅有位移、应力矩阵,而且还存在孔隙水压力的影响耦合矩阵;该方程不仅能够满足无限域无穷远边界辐射条件,而且在径向(与饱和土体-结构接触面垂直方向,指向无限远)上具有严格的精确性,环向上(与饱和土体-结构接触面平行方向)具有有限元单元无限收敛的准确性.     

在瞬态载荷作用下地下结构非线性动力反应分析

在瞬态载荷作用下地下结构非线性动力反应分析曾三平，曹志远，李国豪针对实际地下工程中普遍存在的材料非线性以及半无限介质域的处理问题，给出了基于时间有关基本解的时城边界元法与非线性动力有限元法的耦合方法，将该耦合法推广到计及材料非线性的地下结构与周围介质...     

结构-地基相互作用的频域计算模型

基于比例边界有限元法（SBFEM）建立了结构-无限地基相互作用分析的频域透射边界,这种透射边界精确满足Sommerfeld辐射条件.该方法的特点是可以根据精度需要从低阶到高阶逐步递推计算无限域刚度矩阵,应用简单且十分方便.针对文献中比较常用的各种无限地基计算模型的适应性进行了一定的研究分析.结合无限地基上重力坝的地震响应,对无限地基迟滞效应的影响进行了对比分析,由对比结果可以看出考虑无限地基影响时的坝体最大拉应力分布比常用的无质量地基模型的计算结果约小15%;考虑迟滞效应时最大应力计算结果比不考虑迟滞效应时的计算结果增加了约25%.     

无限域中波传播问题的数值计算模拟

论述了标量波和矢量波在无限域中传播所涉及的有关数值计算模拟问题.根据有限元方法所固有的特点,无限域中波传播问题近域部分的几何复杂性和介质材料多变性均可采用有限元模拟.为了避免在近域与远域的分界面处发生波的反射与折射,需要在该分界面处施加一些特殊的处理方法.对于波辐射问题,可在近域与远域的分界面处施加所谓的波吸收边界.而对于波散射问题,可在近域与远域的分界面处使用动力无穷元将入射波从近域传播到远域.为了演示如何应用这两种不同方法模拟远域的影响,不仅通过考虑无限域中的标量波辐射问题推导了高阶精度波吸收边界的数学表达式,而且还通过考虑无限域中的矢量波散射问题推导了二维动力无穷元的有关计算公式.运用有限元与动力无穷元耦合方法,研究了不同地形条件对河谷表面自由场分布的影响.     

静电场分析的比例边界有限元法

比例边界有限元法（SBFEM）是一种半解析数值分析的新方法,集合了有限元法和边界元法的优点,又具有独特的优点．在其辐射坐标上保持了解析性,因此其模拟精度较高,另外可以自动满足无限远的边界条件．从拉普拉斯方程出发,利用加权余量法并通过比例坐标和笛卡儿坐标变换,推导出静电场分析的比例边界有限元方程、电位求解公式以及电场求解公式．算例计算结果与解析解和其他数值方法比较结果表明,此方法具有精度高、计算工作量小的优点．     

短峰波与圆弧型贯底式多孔介质防波堤相互作用研究

将比例边界有限元法(SBFEM)推广到短峰波与圆弧型贯底式多孔介质防波堤相互作用研究中.将圆弧延伸构建一个虚拟圆柱面,对于圆弧段与圆弧延伸段,分别采用不同的孔隙影响系数.该圆将整个流场划分成一个无限子域和一个有限子域,并利用变分原理在各个子域上推导了SBFEM的基本方程.然后,SBFEM针对无限域和有限域分别采用汉开尔函数和贝塞尔函数作为基函数来求解对应域的解,并在公共圆边界处加以匹配.数值计算验证了该方法是一种利用很少单元离散虚拟圆便能得到精确结果的高效方法.进一步给出了不同波向入射、相对波数、防波堤不同孔隙影响系数、不同张角等参数对防波堤波浪荷载、波浪爬升的影响,这为该类防波堤水动力分析和结构设计提供了有价值的参考.     

水下有限长圆柱壳受冲击波作用的瞬态动力响应

对有限长圆柱壳在水下受冲击波(声学场)作用时的瞬态动力响应问题进行了研究，用有限元法来模拟结构，边界元法来模拟无限域流体，通过结构与流体的接触面上的力和位移的连续条件形成耦合求解方法，并在时域里进行求解.给出了典型算例，并对结果进行了讨论，得出了有关结论.     

考虑流固耦合的水位降落期坝坡稳定分析

水位降落期的土石坝坝坡稳定性是土石坝设计和除险加固设计中的重要内容之一,为了能够准确合理地分析水位降落期土石坝的坝坡稳定性,采用基于非饱和土流固耦合理论的有限元法对某病险水库进行了水位降落期的坝坡稳定分析,与传统的极限平衡法的计算结果进行了对比,同时分析了材料参数对坝坡稳定性的影响．结果表明基于非饱和土流固耦合理论的有限元法是一种方便合理的计算方法,计算出的孔隙水压力分布和坝坡稳定系数更加符合实际;材料的内摩擦角和粘聚力对坝坡稳定系数影响较大,泊松比影响相对较小,弹性模量几乎无影响．     

薄壁铝型材挤压成形的一种有效模拟方法

基于大变形弹塑性有限元理论和有限体积法基本原理，建立了金属塑性成形的弹塑性UL有限元列式以及塑性流动中的有限体积控制方程．提出了有限元模拟系统到有限体积模拟系统的数据传递和信息继承方法。建立了铝型材挤压成形有限元/有限体积法复合模拟系统，对铝型材挤压过程进行了数值模拟，预示金属在成形中的塑性变形行为，从而为模具设计及工艺参数选取提供理论依据．     

Selective Smoothed Finite Element Method

The paper examines three selective schemes for the smoothed finite element method (SFEM) which was formulated by incorporating a cell-wise strain smoothing operation into the standard compatible finite element method (FEM). These selective SFEM schemes were formulated based on three selective integration FEM schemes with similar properties found between the number of smoothing cells in the SFEM and the number of Gaussian integration points in the FEM. Both scheme 1 and scheme 2 are free of nearly incompressible locking, but scheme 2 is more general and gives better results than scheme 1. In addition, scheme 2 can be applied to anisotropic and nonlinear situations, while scheme 1 can only be applied to isotropic and linear situations. Scheme 3 is free of shear locking. This scheme can be applied to plate and shell problems. Results of the numerical study show that the selective SFEM schemes give more accurate results than the FEM schemes.     

铝型材挤压有限元和有限体积对比模拟

研究了有限元法(FEM)和有限体积法(FVM)模拟金属塑性成形的基本理论和求解方法．针对铝合金门窗型材制品截面形状十分复杂、壁薄而成形坯料厚的具体特点，分别采用FEM和FVM对其挤压成形过程进行了对比模拟．结果表明，FEM计算效率高，但在模拟终成形阶段时，由于频繁的网格再划分，造成模拟结果严重失真；FVM避免了网格再划分问题，模拟精度高，但计算时间长．提出了采用FEM模拟铝型材挤压预成形，FVM模拟终成形的复合模拟方法，解决了料厚而壁薄这类铝型材挤压成形的数值模拟问题。     

各向异性介质覆盖导体柱电磁散射特性的FEM/BEM分析

应用有限元-边界元耦合法计算任意截面形状二维各向异性介质覆盖导体柱的雷达散射截面,对介质柱内、外区域分别应用有限元和边界元法进行分析,然后通过场的连续性进行耦合,形成待求矩阵方程,最后应用内观法结合多波前法求解该方程.作为算例,分别计算了无限长各向同性介质覆盖导体方柱和圆柱在平面电磁波照射下的雷达散射截面,结果与有关文献一致,在此基础上计算了各向异性介质覆盖导体方柱和圆柱的雷达散射截面.     

考虑流变特性的软土长时位移分析方法及其应用

建立了一种以有限元法瞬态力学状态模型与土体位移时效系数相结合的经验型软土长时位移计算方法,通过有限元数值方法模拟工程施工过程而得到软土的瞬时位移,并采用位移时效系数对软土的扰动位移进行时效性分析,将其瞬时位移转化为考虑流变特性的长时位移.其中,位移时效系数的确定结合了软土的流变试验和现场工程的最不稳定时间,反映了软土的流变状态.同时,以宁波市东环南路地铁站基坑工程为例进行了位移时效性分析,以验证所建方法的有效性.结果表明,计算所得软土的长时位移值与现场的监测结果较吻合.     

基于X-SBFEM的非线性断裂数值模型研究

从非线性断裂力学模型的角度,开展准脆性材料(混凝土)裂纹过程区的有效模拟,是当前的研究热点之一.扩展比例边界有限元法(X-SBFEM)兼有扩展有限元法(XFEM)和比例边界有限元法(SBFEM)两种方法的优势,利用SBFEM求解裂尖段应力奇异性问题,利用XFEM模拟非裂尖段位移场不连续.为在X-SBFEM中增加非线性断裂模型,提出采用sideface力的形式,基于黏聚力模型,通过线性叠加迭代法来模拟准脆性材料(混凝土)裂纹过程区.最后,以数值算例——单边缺口的三点弯曲梁和四点剪切梁——模拟裂纹过程区能量耗散影响,验证了所提方法的精度与应用效果.     

基于FEM及KIVA的内燃机耦合部件传热建模

为了更为准确地对内燃机耦合部件三维燃烧过程进行模拟,开发了一种内燃机燃烧室耦合部件三维传热有限元法（FEM）计算程序.建立了内燃机气-固传热模型;通过将该模型应用于KIVA程序,可获取用于有限元计算的燃烧室壁面的三维瞬态燃气温度分布及对流换热系数分布.以汽油机LJ377MV为例,计算了内燃机耦合部件的稳态温度场及瞬态温度场,结果表明：壁面附近瞬态温度边界条件的不均匀性对内燃机耦合部件稳态温度分布及瞬态温度波动有着重要影响.     

基于元／网格动量传递的离散元与有限元耦合的时空多尺度算法

建立了时间多尺度与空间多尺度兼顾的离散元与有限元耦合的时空多尺度计算模型,并推导了基于元/网格动量传递的力学和动力学参变量的过渡算法,实现了离散元与有限元耦合过渡区内参变量信息的合理交换,从理论上解决了时空多尺度计算中离散元区域与有限元区域之间物理和力学特征的光滑过渡问题.通过弹性应力波在细长杆中传播的算例,验证了该时空多尺度数值计算方法具有较高的准确性和计算效率.