直接边界元法及其在弹性力学问题中的应用

文章通过弹性力学问题的基本解将域内微分方程变换成边界上的积分方程,然后在边界上离散;由已知边界位移和边界应力直接求出未知边界位移和边界应力,并得出据以计算整个问题域的位移场和应力场。最后运用此方法求解一个弹性力学问题并与有限元法的计算结果进行了比较。     

弹塑性力学问题的自然边界积分方程

以二维弹性力学自然边界积分方程法为基础建立了二维弹塑性问题的自然边界积分方程．这种方法从位移导数边界积分方程出发，通过适当组合和分部积分，将全部和部分边界上张量转换为新的边界张量，从而构造出一种新的边界积分方程．这种新边界积分方程相应的积分核函数在源点处处表现为强奇异积分，并易于获得其Cauchy主值积分．自然边界积分方程与位移边界积分方程联合使用可直接获取边界应力，大大提高了边界应力的计算精度．数值结果证实了本文方法的有效性和正确性。     

孔边位移边界条件下的应力分析

根据自然边界元方法给出的圆外弹性问题应力解答,利用Poisson积分公式和自然边界积分方程求出多种形式位移边界条件下的位移场、应变场和应力场,并分析了位移边界条件对应力场的影响。同时与其他计算方法相比较,在边界位移为常数时其结果与文献[2]的解答一致。从本文的算例中不难发现,采用自然边界元方法计算圆外问题时,可以克服一般解析方法只能求解少数特殊位移边值问题的缺点。由于其结果仍为解析解,因此精度也优于数值解答。     

用边界元法分析物体的应力

本文针对固体力学中的应力问题，应用边界元法建立基本方程，并求解此方程，得出求解线性弹性物体三维应力的式子，以便工程中使用计算机对结构应力进行数值计算。     

含裂纹的复合材料焊接具相对位移的混合问题

本文讨论了含裂纹不同介质弹性材料有限板焊接的混合问题．在裂纹上给出外荷载，在外边界上给出相对位移，得到了寻求复应力函数和计算应力强度因子的方法．     

含弹性介质的结合面接触问题数值分析

提出了中间含有弹性接触层的粗糙结合面的力学模型，并运用层状弹性体系力学中的洛普位移函数法，得出了含有弹性层的粗糙结合面接触问题的应力、位移公式。最后分析了当弹性层厚度、弹性模量及泊松比变化时，弹性层中应力、变形的变化规律。     

轴对称平衡分布载荷作用下弹性半空间体力学分析

根据实际工程项目和现场岩体力学试验的需要，研究了弹性半空间体承受轴对称平衡分布载荷的问题。利用弹性力学的基本理论和位移解法，借助位移矢量的Stokes分解，首次得到了弹性半空间体承受轴对称平衡分布载荷的位移解和应力解。结果表明，半空间边界应力对应竖直向下的轴对称分布载荷，并且展布在整个边界上，边界剪应力不等于零，但满足积分意义上为零的条件。该结果可以直接用于土木工程、水电工程等领域的岩体力学分析，同时可以为现场测试岩体力学参数提供新的实验方法。     

用边界元法分析物体的应力

针对固体力学中的应力问题,应用边界元法建立基本方程,并求解此方程得出求解线性弹性物体三维应力的式子.以便工程中使用计算机时的结构应力进行数值计算.     

边界单元法三维应力分析计算程序

以三维弹性力学问题的基本解(Kelvin解)为基础开发了边界单元法三维弹性应力分析计算程序，并对其进行了验证。结果表明，该程序可用来求解三维弹性应力问题，尤其适用于三维应力集中问题。程序中采用动态分配内存，自动选点积分，并利用分块解法求解方程组，有效地节省了计算机资源，扩大了求解问题的规模。     

矩形域内裂纹对SH波散射问题的边界元分析

运用边界元方法研究矩形域各向同性弹性体含裂纹对ＳＨ波散射问题，利用分离变量求出方程在方程在矩形域的特征值，在正交基上将Ｄｉｒａｃ函数分解，并和基本函数作比较，得出格林函数的显式，导出以裂纹张开位移为未知娄物积分方程，计算出散射位移，算例结果表明，利用边界元法解答有限域的散射问题具有良好的精度且计算速度快。     

三维接触边界元法的一种误差直接估计

将作者所在研究组提出的二维弹性力学问题边界元解误差的直接估计推广到三维问题,给出了确定与域内解连续的边界位移的一种精确有效的方法。在此基础上提出将接触体接触单元间与域内解连续的边界位移之差的某种度量作为三维弹性接触问题边界元法的一种误差直接估计,并且提出了三维弹性接触问题的一种自适应边界元法计算方案。这种方案为确定没有解析解可作比较的复杂接触问题的边界元解精度提供了可能。文中对于三维弹性接触问题,给出了一个计算误差直接估计及自适应边界元法的算例。     

无析边球形封头边缘应力计算方法

本文根据弹性力学理论，通过分析边缘处应力和变形的关系，推导出连界力P0和边界弯矩Mo的数学方程式，由此建立连界处内力的数学模型，用计算机进行连界应力的计算。     

半空间各向同性弹性饱和多孔介质非轴对称动力响应分析

应用弹性饱和多孔介质非轴对称Biot方程的解,研究了半空间饱和多孔介质非轴对称动力响应问题。讨论了半空间饱和多孔介质在边界竖直方向和水平方向,存在非轴对称简谐荷载作用下的边界位移分布,给出边界竖向位移的数值计算结果,并对饱和多孔介质非轴对称动力响应特性进行了分析。     

无折边球形封头边缘应力计算方法

本文根据弹性力学理论,通过分析边缘处应力和变形的关系,推导出边界力P_0和边界弯矩M_0的数学方程式,由此建立边界处内力的数学模型,用计算机进行边界应力的计算。     

基于布谷鸟搜索算法的弹性力学边界条件识别

二维弹性力学Cauchy边界条件反问题的可进入测量部分边界上的全部面力和位移边界条件均已知,难进入测量部分边界上的所有边界条件需要求解。基于边界元方法,采用多项式函数近似未知的面力边界条件,将该反演问题转化为多项式系数识别问题。目标函数定义为已知边界上面力的计算值和给定值之间的最小二乘误差,利用布谷鸟算法最小化目标函数,实现对待求边界上面力边界条件的数值反演。未知位移由反演得到的面力结合其他已知边界条件代入正问题中求解得到。比较了未采用多项式和采用多项式近似的计算结果,并分别讨论了鸟巢数量、多项式阶数及测量误差对数值反演的影响。数值算例验证了布谷鸟算法联合多项式近似可准确有效地求解弹性力学Cauchy边界条件反问题。     

用ψ函数表示伽辽金位移函数

由弹性力学平面问题的艾瑞应力函数求导可得应力,但难以求得位移.由伽辽金位移函数可同时求得应力和位移,但伽辽金位移函数在平面问题中有两个,需满足两个重调和方程,给求解增加了困难.本文证明了两个伽辽金位移函数可用一个重调和函数Ψ表示,从而找到了既能表示应力,又能表示位移的单个函数.这样,在求解无体力的弹性力学平面问题时,只需求解一个重调和方程就可得到Ψ,并可使Ψ导得的应力和位移满足边界条件.     

不连续位移法解弹性力学平面问题

本文讨论了间接边界元法中的不连续位移法的一些问题;给出了不连续位移基本解和开尔文基本解的关系;分析了传统的不连续位移法解弹性力学平面问题精度低的原因,提出了将不连续位移作用在域外的断续附设边界上的方法,理论分析和算例表明该方法能大大提高精度,同时还能应用于含有夹层的由多种材料组成的地基计算.     

弹性地基上长梁局部滑移的位移与应力分析

利用Green函数法求得半平面问题的位移,可以得到边界积分公式,利用该公式可以对于弹性地基与基础的相互作用进行分析。对长梁局部滑移在地基中引起的位移和应力进行了计算和分析,其计算结果与用Ansys软件算得的位移和应力值进行对比后表明是一致的。算例说明本结果用于弹性地基与基础的相互作用十分方便。     

三维弹性接触问题边界元法的一种误差直接估计

将作者研究组关于二维边界元法误差直接估计的早期工作推广到三维弹性接触问题，提出了当域内点趋于边界时计算内点位移的极限的算法，并把接触面两边物体相应点的位移极限值之差的某种度量作为三维弹性接触问题边界元法误差的一种直接估计。给出的三维弹性接触问题的算例证明了这种直接估计和相应的自适应计算方案的有效性。     

支承硅微谐振器的弹性系统分析

对支承硅微谐振器的两种弹性系统－－直脚型和蟹脚型结构进行了全面的力学分析,给出了应力、位移及弹性常数等力学参量的计算方法,对两种结构进行了比较,并对蟹脚型结构进行了优化设计,优化后的结构其应力位移比值σｍａｘ／Ｘ的最小值可达２．５９４ＭＰａ／μｍ,分析结果对硅微结构的设计具有一定的指导意义。