一种有效的边界元/有限元混合法迭代算法及其在回转体自由扭振分析中的应用

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作者 王秀喜 陈锋 钱江 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 1990年第12期1113-1119,共7页

本文给出一种新的边界元/有限元混合法迭代算法,基本做法是将近似的固有频率值代入自由振动问题的基本解,按一般混合法列式,通过迭代逐步修正近似解的值.这种算法避开了一般边界元法需要求解非代数特征值问题的困难,同时数值结果的精度... 本文给出一种新的边界元/有限元混合法迭代算法,基本做法是将近似的固有频率值代入自由振动问题的基本解,按一般混合法列式,通过迭代逐步修正近似解的值.这种算法避开了一般边界元法需要求解非代数特征值问题的困难,同时数值结果的精度基本上不依赖于区域内单元网格的疏密程度,这都给实际计算带来很多方便.应用于回转体自由扭振问题的分析,得到令人满意的数值结果。 展开更多

关键词 边界元 有限元 迭代 自由振动

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水力压裂扩展的流固耦合数值模拟研究 被引量：50

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作者 连志龙 张劲 +2 位作者 吴恒安 王秀喜 薛炳 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期3021-3026,共6页

以临界应力作为裂纹扩展准则并采用流固耦合模型模拟了水力压裂扩展问题,推导出裂缝面内的压降方程表达式,并编写出用户子程序嵌入到ABAQUS中。建立的计算模型能够模拟地应力、岩石力学特性、压裂液流体特性等各种复杂因素对水力压裂扩... 以临界应力作为裂纹扩展准则并采用流固耦合模型模拟了水力压裂扩展问题,推导出裂缝面内的压降方程表达式,并编写出用户子程序嵌入到ABAQUS中。建立的计算模型能够模拟地应力、岩石力学特性、压裂液流体特性等各种复杂因素对水力压裂扩展的影响。通过计算分析得到一些有益结论,采用有限元软件ABAQUS求解可渗透油藏水力压裂扩展过程问题是可行的;提出了临界宽度的概念,它可以作为判断裂缝是作为起渗透作用的孔隙通道还是作为起导流作用的裂缝的依据;其结论对于压裂作业优化具有参考价值。 展开更多

关键词 水力压裂 流固耦合 射孔 数值模拟 有限元

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储层流固耦合的数学模型和非线性有限元方程 被引量：24

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作者 张广明 刘合 +2 位作者 张劲 吴恒安 王秀喜 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1657-1662,共6页

根据饱和多孔介质固体骨架的平衡方程和多孔介质中流体的连续性方程,建立了储层流固耦合数学模型。模型中引入了Jaumann应力速率公式描述多孔介质固体骨架的大变形效应,并考虑了地应力、初始孔隙压力、初始流体密度和初始孔隙度对耦合... 根据饱和多孔介质固体骨架的平衡方程和多孔介质中流体的连续性方程,建立了储层流固耦合数学模型。模型中引入了Jaumann应力速率公式描述多孔介质固体骨架的大变形效应,并考虑了地应力、初始孔隙压力、初始流体密度和初始孔隙度对耦合模型的影响。基于与微分方程等价的加权余量公式,在空间域采用有限元离散,对时间域进行隐式差分格式离散,导出了以单元节点位移和单元节点孔隙压力为未知量的储层流固耦合的非线性有限元增量方程。该模型在石油工程中有广泛的应用,为储层流固耦合的数值模拟奠定了理论基础。 展开更多

关键词 储层 流固耦合 数学模型 非线性有限元 多孔介质

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水力压裂扩展特性的数值模拟研究 被引量：58

4

作者 连志龙 张劲 +2 位作者 王秀喜 吴恒安 薛炳 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期169-174,共6页

采用ABAQUS建立了水力压裂计算模型,模拟了地应力、岩石力学特性、压裂液流体特性等各种复杂因素对水力压裂扩展的影响。通过计算分析得到一些有益结论:(1)在注入压力一定的情况下起裂压力与最小水平地应力、临界应力、初始孔隙压力成正... 采用ABAQUS建立了水力压裂计算模型,模拟了地应力、岩石力学特性、压裂液流体特性等各种复杂因素对水力压裂扩展的影响。通过计算分析得到一些有益结论:(1)在注入压力一定的情况下起裂压力与最小水平地应力、临界应力、初始孔隙压力成正比,而与压裂液黏度、最大水平地应力、弹性模量无关;(2)裂缝扩展长度和最大缝宽与最小水平地应力、初始孔隙压力、弹性模量成反比,而与最大水平地应力无关;(3)水力压裂作业中,缝长的扩展过程可分为无扩展阶段、快速扩展阶段、稳定扩展阶段以及缓慢扩展阶段等4个阶段。研究结论对于水力压裂作业优化具有参考价值。 展开更多

关键词 水力压裂 数值模拟 有限元

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各向异性本构关系在板料成形数值模拟中的应用 被引量：16

5

作者 倪向贵 吴恒安 +1 位作者 王宇 王秀喜 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期231-235,共5页

对几种能表达面内各向异性的屈服准则Hill、Barlat-Lian、Barlat进行了比较。在弹性变形服从各向同性广义虎克定律的情况下,给出了基于张量算法推导的弹塑性本构关系的一般表达式,并由此导出了相应屈服准则的弹塑性本构关系的显式表达... 对几种能表达面内各向异性的屈服准则Hill、Barlat-Lian、Barlat进行了比较。在弹性变形服从各向同性广义虎克定律的情况下,给出了基于张量算法推导的弹塑性本构关系的一般表达式,并由此导出了相应屈服准则的弹塑性本构关系的显式表达。借助ABAQUS软件本构模块用户子程序接口,分别实现了这些屈服准则在ABAQUS的嵌入。以模拟方形盒的拉延过程为例,分析了不同的屈服准则在板料成形过程数值模拟中的应用。模拟结果表明,基于弹塑性本构关系一般表达所列出的相应屈服准则的显式表达式是正确的;在采用壳元来模拟板料成形时,采用Barlat准则的模拟结果和采用Barlat-Lian准则的结果差别不大。 展开更多

关键词 各向异性 本构关系 板料成形 数值模拟 屈服准则 弹塑性

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螺杆泵动力学热力耦合分析方法研究 被引量：19

6

作者 曹刚 刘合 +2 位作者 金红杰 吴恒安 王秀喜 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期930-935,共6页

地面驱动螺杆泵是一种广泛应用于油田采油工程中的人工举升装置。由于螺杆泵深置地下的油管中,密封性很强,很难现场测试工作过程中定子橡胶材料的温度变化以及温度变化引起的定子变形。本文采用有限元方法分析螺杆泵定子的热力耦合效应... 地面驱动螺杆泵是一种广泛应用于油田采油工程中的人工举升装置。由于螺杆泵深置地下的油管中,密封性很强,很难现场测试工作过程中定子橡胶材料的温度变化以及温度变化引起的定子变形。本文采用有限元方法分析螺杆泵定子的热力耦合效应,讨论定子橡胶材料温度变化的物理机理。用热力学单向解耦分析方法分析单螺杆泵定子橡胶材料的温度分布场以及温度分布引起的定子型线变化。讨论了过盈量、转子转速对温度分布和定子型线变化的影响。 展开更多

关键词 螺杆泵 有限元模拟 热力耦合

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基于流固耦合理论的煤矿立井井壁突水机理分析 被引量：12

7

作者 荣传新 王秀喜 +1 位作者 蔡海兵 程桦 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期2102-2108,共7页

将煤矿立井混凝土井壁视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用统一强度理论和弹塑性损伤力学模型,推导出立井混凝土井壁弹性区和塑性损伤区应力的解析表达式,以及井壁承受的地下水压与塑性损伤区半径之间关系的解析表达式。同时绘... 将煤矿立井混凝土井壁视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用统一强度理论和弹塑性损伤力学模型,推导出立井混凝土井壁弹性区和塑性损伤区应力的解析表达式,以及井壁承受的地下水压与塑性损伤区半径之间关系的解析表达式。同时绘制了不同的φ(混凝土孔隙率)和λ/E(混凝土损伤后的降模量与弹性模量之比)值与井壁承受水压p0和塑性损伤区半径c之间的关系曲线。研究结果表明:在井壁几何尺寸和混凝土强度等级不变情况下,不考虑地下水渗流对井壁的影响时(φ=0),井壁能够承受的临界水压p0c为31.9 MPa;当φ取0.4时,p0c为15.1 MPa,井壁能够承受的临界水压下降了52.7%。当λ/E取0.5时,p0c为30.5 MPa;当λ/E取2.5时,p0c为18.6 MPa,井壁能够承受的临界水压下降了39.0%。由此可见,在考虑地下水渗流对井壁影响的情况下,地下水渗流效应和混凝土损伤软化对井壁能够承受的临界水压p0c影响十分显著,井壁能够承受的临界水压随着混凝土孔隙率φ和混凝土损伤后的降模量与弹性模量之比λ/E的增加而减小。 展开更多

关键词 煤矿立井井壁 突水机理 流固耦合 地下水 统一强度理论 弹塑性损伤模型 临界水压

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三维边界元法中几乎奇异积分的正则化算法 被引量：16

8

作者 牛忠荣 王秀喜 周焕林 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第1期49-56,共8页

当源点靠近边界单元时,边界积分方程通常存在几乎奇异积分的计算难题.基于三角形单元,将源点到单元的距离与单元特征长度比值定义为接近度,用于度量边界单元中积分奇异性的程度.将单元上的面积分在局部的极坐标系ρθ下表示,利用一些初... 当源点靠近边界单元时,边界积分方程通常存在几乎奇异积分的计算难题.基于三角形单元,将源点到单元的距离与单元特征长度比值定义为接近度,用于度量边界单元中积分奇异性的程度.将单元上的面积分在局部的极坐标系ρθ下表示,利用一些初等函数的积分公式,获得对变量ρ作单层积分的解析表达式.几乎强奇异和超奇异面积分被转化为沿单元围道上一系列线积分,而Gauss数值积分能够有效计算这些线积分.应用该算法分析三维弹性薄壁结构获得了成功. 展开更多

关键词 弹性力学 边界元法 奇异积分 正则化算法 极坐标系 高斯积分 轴向位移 轴向应力

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井筒开挖下非线性冻结壁的应力场和位移场计算 被引量：15

9

作者 汪仁和 李栋伟 王秀喜 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期1862-1865,共4页

基于冻土力学性能试验获得的冻土应力-应变关系曲线所确定的冻土本构方程,分析人工冻结壁在井筒开挖过程中的力学特性;利用解除应力的概念,考虑冻结壁为非线性材料,推导出冻结壁的应力场和位移场的计算公式.通过对实际工程的计算分析表... 基于冻土力学性能试验获得的冻土应力-应变关系曲线所确定的冻土本构方程,分析人工冻结壁在井筒开挖过程中的力学特性;利用解除应力的概念,考虑冻结壁为非线性材料,推导出冻结壁的应力场和位移场的计算公式.通过对实际工程的计算分析表明,该计算方法可应用于深井冻结壁的设计计算. 展开更多

关键词 冻结壁 非线性 本构方程 应力场 位移场

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改进的西原模型及其在ADINA程序中的实现 被引量：22

10

作者 汪仁和 李栋伟 王秀喜 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第11期1954-1958,共5页

通过对现有流变模型的分析及大量的冻土单轴蠕变试验表明:可以用非线性牛顿体替代线性牛顿体对西原模型进行改进。利用Mises屈服准则推导出用于数值计算的黏弹塑性材料柔度矩阵,并成功地添加到了ADINA有限元程序中。通过对淮南某深表土... 通过对现有流变模型的分析及大量的冻土单轴蠕变试验表明:可以用非线性牛顿体替代线性牛顿体对西原模型进行改进。利用Mises屈服准则推导出用于数值计算的黏弹塑性材料柔度矩阵,并成功地添加到了ADINA有限元程序中。通过对淮南某深表土冻结井筒开挖过程的数值模拟和现场实测数据对比表明:改进的西原模型用于深井冻结壁的有限元计算分析是可行的。 展开更多

关键词 蠕变 改进的西原模型 冻结壁 ADINA有限元程序

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边界元法计算近边界点参量的一个通用算法 被引量：20

11

作者 牛忠荣 王秀喜 周焕林 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2001年第2期275-283,共9页

针对边界元法存在近边界点参量计算的困难，给出了一个通用性方法，将近边界点到边 界单元的距离参数通过分部积分变换到积分式之外，从而计算出二维问题近边界点参量的几乎 强奇异和超奇异积分．由此，对任何近边界点参量，提出了一整... 针对边界元法存在近边界点参量计算的困难，给出了一个通用性方法，将近边界点到边 界单元的距离参数通过分部积分变换到积分式之外，从而计算出二维问题近边界点参量的几乎 强奇异和超奇异积分．由此，对任何近边界点参量，提出了一整套计算方案．算例证明了本法 的有效性． 展开更多

关键词 边界元法 奇异积分 近力界点 弹性力学

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正交各向异性位势问题边界元法中几乎奇异积分的解析算法 被引量：8

12

作者 周焕林 牛忠荣 +1 位作者 王秀喜 程长征 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期193-197,i005,共6页

几乎奇异积分的计算困难阻碍了边界元法的工程应用。本文针对二维正交各向异性位势问题边界元法中近边界点的几乎奇异积分,采用分部积分法,导出一种直接的解析计算公式。该解析公式可以精确计算线性单元上的几乎奇异积分。对二次单元,... 几乎奇异积分的计算困难阻碍了边界元法的工程应用。本文针对二维正交各向异性位势问题边界元法中近边界点的几乎奇异积分,采用分部积分法,导出一种直接的解析计算公式。该解析公式可以精确计算线性单元上的几乎奇异积分。对二次单元,可将其细分为几个线性元,采用该解析公式近似计算其边界积分。当内点离当前积分单元较远时,仍保持常规高斯数值积分模式;而当内点离其较近时,因常规高斯积分结果失效,则采用该解析积分取代高斯数值积分。数值算例证明了该算法的有效性和精确性。二次元计算结果比线性元计算结果更精确。 展开更多

关键词 边界元法 几乎奇异积分 解析积分 正交各向异性 位势问题

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层状饱和土Biot固结问题状态空间法　 被引量：12

13

作者 方诗圣 王建国 王秀喜 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第2期206-212,共7页

针对饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题,引入状态变量,构造了两组相互独立的状态变量方程.利用Fourier级数和Laplace-Hankel变换,将状态变量方程转换为两组一阶常微分方程组,提出了均质饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题的传递... 针对饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题,引入状态变量,构造了两组相互独立的状态变量方程.利用Fourier级数和Laplace-Hankel变换,将状态变量方程转换为两组一阶常微分方程组,提出了均质饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题的传递矩阵,得到以状态变量和传递矩阵乘积的形式表示的均质饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题的解.利用层间完全接触的条件,可得到N层饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题的一般解析表达式.文中考虑几种不同的边界条件,分析了两个算例.数值结果表明该方法具有较高的计算精度和良好的计算稳定性. 展开更多

关键词 层次饱和多孔介质 空间非轴对称 Biot固结问题 状态空间法 LAPLACE-HANKEL变换

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边界元法中计算几乎奇异积分的一种无奇异算法 被引量：8

14

作者 牛忠荣 王秀喜 周焕林 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2001年第4期1-8,共8页

边界元法中存在几乎奇异积分的计算困难。引起边界单元上几乎奇异积分的因素是源点到其邻近单元的最小距离δ。本文拓展文 [1 ]的思想 ,进一步采用分部积分将δ移出奇异积分式中积分核之外 ,转换后的积分核是δ的正则函数。所以几乎强... 边界元法中存在几乎奇异积分的计算困难。引起边界单元上几乎奇异积分的因素是源点到其邻近单元的最小距离δ。本文拓展文 [1 ]的思想 ,进一步采用分部积分将δ移出奇异积分式中积分核之外 ,转换后的积分核是δ的正则函数。所以几乎强奇异和超奇异积分被化为无奇异的规则积分与解析积分的和 ,可由通常的Gauss数值积分解出。文中应用此正则化技术求解了弹性力学平面问题的近边界点位移和应力。 展开更多

关键词 边界元法 几乎奇异积分 正则化 弹性力学 无奇异算法 超奇异积分 Gauss数据积分 平面问题 近边界点应力 离散

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冻结壁稳定性分析的黏弹塑性模型 被引量：12

15

作者 荣传新 王秀喜 +1 位作者 程桦 蔡海兵 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2005年第6期68-72,共5页

冻结壁稳定性是由其所承担的外荷载大小和变形量决定的,在考虑冻结壁的卸载过程及其与周围 士体共同作用的同时,还考虑了冻结壁的蠕变变形,得出了与周围土体共同作用的冻结壁的黏弹塑性计算模 型,并推导出冻结壁黏弹塑性区的应力、变形... 冻结壁稳定性是由其所承担的外荷载大小和变形量决定的,在考虑冻结壁的卸载过程及其与周围 士体共同作用的同时,还考虑了冻结壁的蠕变变形,得出了与周围土体共同作用的冻结壁的黏弹塑性计算模 型,并推导出冻结壁黏弹塑性区的应力、变形及其外荷载的解析式;并通过计算,得出的冻结壁位移与实测位 移基本一致． 展开更多

关键词 冻结壁 黏弹塑性 稳定性 共同作用

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各向异性位势问题边界元法中几乎奇异积分的解析算法 被引量：5

16

作者 周焕林 牛忠荣 +1 位作者 程长征 王秀喜 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期333-338,共6页

导出了一种解析积分算法,精确计算了二维各向异性位势问题边界元法中近边界点的几乎奇异积分。对线性单元,几乎奇异积分可用解析公式直接计算。对二次单元,可将其细分为几个线性单元,采用该解析公式间接近似计算。当内点离积分单元较远... 导出了一种解析积分算法,精确计算了二维各向异性位势问题边界元法中近边界点的几乎奇异积分。对线性单元,几乎奇异积分可用解析公式直接计算。对二次单元,可将其细分为几个线性单元,采用该解析公式间接近似计算。当内点离积分单元较远时,仍然保持常规高斯数值积分模式;而当内点离其较近时,高斯积分结果失效,采用该解析积分取代高斯数值积分。数值算例证明了该算法的有效性和精确性。二次元比线性元计算结果更精确。 展开更多

关键词 边界元法 几乎奇异积分 解析积分 各向异性 位势问题

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边界元法分析狭长体结构 被引量：6

17

作者 牛忠荣 张晨利 王秀喜 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期391-396,共6页

针对边界元法分析狭长结构时遇到的几乎奇异积分难以计算的困难 ,将几乎奇异积分划分为两种类型 ,分别通过分部积分变换把引起积分几乎奇异的参量移至积分号之外 ,从而建立了一个新的正则化算法 ,解决了边界积分方程中几乎奇异积分的计... 针对边界元法分析狭长结构时遇到的几乎奇异积分难以计算的困难 ,将几乎奇异积分划分为两种类型 ,分别通过分部积分变换把引起积分几乎奇异的参量移至积分号之外 ,从而建立了一个新的正则化算法 ,解决了边界积分方程中几乎奇异积分的计算难题。文中用边界元法计算了弹性力学平面问题的狭长结构 。 展开更多

关键词 边界元法 狭长体结构 几乎奇异积分 正则化算法 边界积分方程 弹性力学

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位势问题边界元法中几乎奇异积分的正则化 被引量：6

18

作者 周焕林 牛忠荣 王秀喜 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2003年第10期1069-1074,共6页

　将一种通用算法应用于平面位势问题边界元法中近边界点几乎奇异积分的正则化·　对线性单元,位势问题近边界点的几乎强和超奇异积分可归纳为两种形式·　通过分部积分,将引起奇异的积分元素变换到积分号之外,从而对这两种积... 　将一种通用算法应用于平面位势问题边界元法中近边界点几乎奇异积分的正则化·　对线性单元,位势问题近边界点的几乎强和超奇异积分可归纳为两种形式·　通过分部积分,将引起奇异的积分元素变换到积分号之外,从而对这两种积分分别给出了无奇异的正则化计算公式·　除了线性元,二次元也应用于该算法·　与近边界点临近的二次单元划分为两段线性单元,该算法仍然适用·　算例证明了方法的有效性和精确性·　对曲线边界问题。 展开更多

关键词 边界元法 几乎奇异积分 正则化 位势问题

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动力松弛法在板料成形过程数值模拟中的应用 被引量：4

19

作者 倪向贵 邵鹏飞 +1 位作者 王宇 王秀喜 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2001年第3期345-348,共4页

论文阐述了动力松弛法的基本原理 ,推导出它在中心差分动力显式算法中的应用列式 ,并将其用于带锥形凸缘的圆形杯拉深成形过程的数值模拟研究 ,获得了满意的结果。

关键词 动力松弛法 板料成形 数值模拟

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金属板料拉延二次成形的有限元法模拟 被引量：3

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作者 邵鹏飞 中国科技大学 +3 位作者 倪向贵 王秀喜 车玫 吴胜华 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第1期104-109,共6页

建立了二次拉延成形加工的有限元分析计算模型；采用一次成形-回弹计算-二次成形的连续计算过程模拟了实际加工过程；有限元计算采用动力显式计算程序MSC／DYTRAN；用主从面(master surface-slave surface)模型定义板料和模具的接触，... 建立了二次拉延成形加工的有限元分析计算模型；采用一次成形-回弹计算-二次成形的连续计算过程模拟了实际加工过程；有限元计算采用动力显式计算程序MSC／DYTRAN；用主从面(master surface-slave surface)模型定义板料和模具的接触，摩擦力用库仑定律计算；利用动力松驰法对成形过程中的回弹进行了计算。模拟结果和实际零件比较，证明模型合理，算法稳定，结果可靠，具有良好的应用价值。 展开更多

关键词 有限元 模拟 板料成形 金属 拉延

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