基于时域边界元法研究应力波在弹塑性半平面域的传播

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作者 刘建成 李宏军 +1 位作者 赵峰 雷卫东 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第29期12347-12355,共9页

研究弹塑性半平面域应力波传播问题,对于预测和评估工程动力活动中产生的环境振动具有重要的价值。为精确模拟应力波在弹塑性半平面域介质的传播,基于全空间域基本解的弹塑性动力学半平面问题的时域边界元法建立积分方程,仅需对边界和... 研究弹塑性半平面域应力波传播问题,对于预测和评估工程动力活动中产生的环境振动具有重要的价值。为精确模拟应力波在弹塑性半平面域介质的传播,基于全空间域基本解的弹塑性动力学半平面问题的时域边界元法建立积分方程,仅需对边界和屈服域划分网格,对半无限边界构建了一个能够随着应力波的传播实时调整大小的自适应半无限边界单元,该单元外侧结点恰好位于应力波波前位置,从而完全考虑半无限域对应力波传播的影响。以承受爆炸荷载的含半圆柱形沟槽的弹塑性半平面问题作为算例进行了验证,将计算结果与有限元法、弹性时域边界元法、普通弹塑性时域边界元法模拟的结果进行了综合对比,结果表明,该方法能够有效模拟半无限域对应力波传播的影响,在少量网格离散的前提下精确模拟了应力波在弹塑性半平面域中的传播问题。 展开更多

关键词 自适应半无限边界单元 弹塑性半平面问题 应力波传播 时域边界元法

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半平面问题远域辐射阻尼的时域边界元法模拟研究 被引量：2

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作者 张梅 唐波 +2 位作者 李宏军 郝文秀 龚海天 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期173-179,共7页

辐射阻尼在岩石基坑爆破开挖、边坡稳定、结构抗震以及结构-地基动力相互作用等实际工程问题中具有重要意义。为了模拟半平面问题的远域辐射阻尼,以时域边界元法(TD-BEM)理论为基础,根据应力波在弹性介质中的传播特性,在时域内提出了一... 辐射阻尼在岩石基坑爆破开挖、边坡稳定、结构抗震以及结构-地基动力相互作用等实际工程问题中具有重要意义。为了模拟半平面问题的远域辐射阻尼,以时域边界元法(TD-BEM)理论为基础,根据应力波在弹性介质中的传播特性,在时域内提出了一种新的单元,即自适应半无限边界单元,专门用于离散远域半无限边界。该单元外侧节点是一个始终处于应力波波前位置的动态节点,保证计算区域在任何情况下都恰好包含应力波的影响范围,从而模拟远域辐射阻尼。最后,分别采用近场和远场动力荷载作用下的弹性半平面算例进行验证,并将结果与有限元法FEM和常规TD-BEM结果进行综合对比。结果表明,采用自适应半无限单元的TD-BEM满足半无限域的辐射条件,较好地解决了远域辐射阻尼的模拟问题,且在计算时间成本与常规TD-BEM几乎相同的前提下,具有更高的计算精度。 展开更多

关键词 辐射阻尼 自适应半无限边界单元 时域边界元法 半平面问题 应力波

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层状与各向异性介质波动问题的时域边界元法及工程应用 被引量：1

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作者 张楚汉 刘海笑 《重庆建筑大学学报》 CSCD 2000年第6期100-104,共5页

时域边界元方法是研究层状与各向异性介质波动问题的有效工具 ,本文对其研究背景和进展情况进行了扼要评述。在此基础上 ,将其运用于对某电站地下厂房在地震波作用下的波动响应分析 ,通过求解地下厂房的位移响应和应力响应并比较地基介... 时域边界元方法是研究层状与各向异性介质波动问题的有效工具 ,本文对其研究背景和进展情况进行了扼要评述。在此基础上 ,将其运用于对某电站地下厂房在地震波作用下的波动响应分析 ,通过求解地下厂房的位移响应和应力响应并比较地基介质的各向异性程度、入射波的角度及频率对波动响应的影响 ,获得了对工程具有重要参考价值的规律。 展开更多

关键词 层状介质 各向异性介质 时域边界元法

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用时域边界元法分析半圆表面裂纹的动态应力强度因子 被引量：7

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作者 钟明 张永元 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2001年第11期1211-1216,共6页

发展了时域边界元法在分析三维裂纹的动态应力强度因子 (DSIF)方面的应用 ,采用了等参单元及其奇性元很好地模拟了三维裂纹应力场奇异性 ,首次用时域边界元法位移方程计算了半圆表面裂纹的DSIF·　提出并讨论了时间步长的选取方案&#... 发展了时域边界元法在分析三维裂纹的动态应力强度因子 (DSIF)方面的应用 ,采用了等参单元及其奇性元很好地模拟了三维裂纹应力场奇异性 ,首次用时域边界元法位移方程计算了半圆表面裂纹的DSIF·　提出并讨论了时间步长的选取方案·　自编了时域边界元法动态分析程序 。 展开更多

关键词 时域边界元法 三维动态断裂问题 动态应力强度因子 半圆表面裂纹 瞬态分析 断裂力学

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水坝瞬态热传导分析中的拟初始条件边界元法 被引量：4

5

作者 周枫林 李光 +1 位作者 孙晓 张见明 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期826-833,共8页

使用一种时域边界元方法对混凝土水坝进行瞬态热传导分析。在对时间积分进行离散计算时,采用一种拟初始条件法,即在时间步迭代计算的过程中,将之前计算结果对当前时间步的影响都视作当前时间步的初始条件。在所取时间步长较小的情况下,... 使用一种时域边界元方法对混凝土水坝进行瞬态热传导分析。在对时间积分进行离散计算时,采用一种拟初始条件法,即在时间步迭代计算的过程中,将之前计算结果对当前时间步的影响都视作当前时间步的初始条件。在所取时间步长较小的情况下,这种处理方法容易导致数值结果不稳定,即每一步的计算误差会累计放大,最终导致计算崩溃。本文提出一种虚拟时刻方法以缓解这类数值不稳定现象,在该方法中,时间步长首先放大至合适尺度,计算某个虚拟时刻(往往在真实计算时刻之后)的温度和流量分布,再通过插值方法换算出真实时刻的温度和流量分布。在虚拟时刻点上的温度和流量计算过程中,边界已知温度或流量由真实时刻的温度或流量进行外插得到。本文简单证明了该方法在温度和流量随时间呈线性变化情况下的正确性,最后给出了两个分析实例,验证了该方法的准确性和稳定性。 展开更多

关键词 时域边界元法 数值稳定性 瞬态热传导问题 拟初始条件法 虚拟时刻法

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三维耦合热裂纹体的时域边界元解及其收敛性 被引量：1

6

作者 钟明 张永元 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期621-624,共4页

将现有耦合准静态热弹性问题的时域边界元法进一步扩展应用到三维裂纹问题的分析中 .时间采用常数插值 ,空间采用二次等参单元插值 ,并用奇性元模拟了三维裂纹前沿的应力奇异性 ,获得了几个典型的三维裂纹体在热冲击工况下的热动态应力... 将现有耦合准静态热弹性问题的时域边界元法进一步扩展应用到三维裂纹问题的分析中 .时间采用常数插值 ,空间采用二次等参单元插值 ,并用奇性元模拟了三维裂纹前沿的应力奇异性 ,获得了几个典型的三维裂纹体在热冲击工况下的热动态应力强度因子 ;着重考察了这种时域方法解的精度和收敛性 .计算结果表明 :随着离散网格的细分 ,计算结果迅速收敛 ;随着时间步长的细分 ,时域边界元法的累积误差减小 ,精度提高 .所以 ,耦合热弹性问题的时域边界元法在解三维裂纹问题时具有较高的精度 . 展开更多

关键词 时域边界元法 耦合热弹性 三维裂纹问题 热冲击 结构破坏 热动态应力强度因子

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一种处理弹性动力边界元法中奇异积分的方法

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作者 钟玉东 侯俊剑 +2 位作者 谢贵重 何文斌 王良文 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期66-72,共7页

利用边界元法求解瞬态弹性动力学问题时,时域基本解函数的分段连续性和奇异性为该问题的求解带来很大的困难。为了解决时域基本解中的奇异性问题,本文依据柯西主值的定义,对经过时间解析积分之后的时域基本解进行奇异值分解,将其分成奇... 利用边界元法求解瞬态弹性动力学问题时,时域基本解函数的分段连续性和奇异性为该问题的求解带来很大的困难。为了解决时域基本解中的奇异性问题,本文依据柯西主值的定义,对经过时间解析积分之后的时域基本解进行奇异值分解,将其分成奇异和正则积分两部分;其中正则部分可通过采用常规高斯积分方法来计算,而奇异部分具有简单的形式,可以利用解析积分计算。经过上述操作之后,就可以达到直接消除时域基本解中奇异积分的目的。和传统方法相比,本文方法并不依赖静力学基本解来消除奇异性,是一种直接求解方法。最后给定两个数值算例来验证本文提出方法的正确性和可行性,结果表明使用本文算法可以解决弹性动力学边界积分方程中的奇异性问题。 展开更多

关键词 边界元法 时域边界元法 弹性动力学 奇异积分 边界积分方程

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裂纹动态扩展的边界元模拟 被引量：5

8

作者 雷钧 黄祎丰 杨庆生 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期806-810,共5页

采用时域边界元法对动态载荷作用下材料中裂纹的快速扩展过程进行数值模拟.计算中,裂纹动态扩展方向根据最大周向应力准则确定,扩展瞬时速度基于二分法迭代确定.在每个扩展时间步,通过在运动裂尖添加新的裂纹单元来模拟裂纹扩展.算例与... 采用时域边界元法对动态载荷作用下材料中裂纹的快速扩展过程进行数值模拟.计算中,裂纹动态扩展方向根据最大周向应力准则确定,扩展瞬时速度基于二分法迭代确定.在每个扩展时间步,通过在运动裂尖添加新的裂纹单元来模拟裂纹扩展.算例与实验及数值结果进行对比,验证了该方法的准确性. 展开更多

关键词 时域边界元法 裂纹 动态扩展 二分法

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含地下孔洞层状半空间中瞬态波的传播

9

作者 曹志远 曾三平 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期202-207,共6页

针对任意层数层状半空间的波动问题,采用相应介质域基本解在时域中建立了层状半空间的边界积分方程,系统地给出其离散求解的基本公式及数值化实施的计算技术.给出的边界元算法可以直接求解含孔洞任意层数层状半空间介质的波动问题而无... 针对任意层数层状半空间的波动问题,采用相应介质域基本解在时域中建立了层状半空间的边界积分方程,系统地给出其离散求解的基本公式及数值化实施的计算技术.给出的边界元算法可以直接求解含孔洞任意层数层状半空间介质的波动问题而无需对各层交接面离散和设立自由度,从根本上克服了这类问题传统边界元法分区算法的弊端,大幅度减少了离散自由度,提高了求解效率.数值实例验证了上述方法的可行性及可靠性. 展开更多

关键词 层状半空间 时域边界元法 波动问题

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一种与时间步长相关的奇异单元细分法

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作者 李源 张见明 +1 位作者 钟玉东 千红涛 《郑州大学学报（工学版）》 CAS 北大核心 2019年第1期7-11,共5页

奇异积分是边界元法求解物理问题的难点之一,其精度对计算结果的准确性有很大影响,单元细分是解决奇异积分的关键.针对动态分析问题,提出了一种与时间步长相关的单元细分法.与传统单元细分法相比,该方法不仅考虑了源点在单元中的位置,... 奇异积分是边界元法求解物理问题的难点之一,其精度对计算结果的准确性有很大影响,单元细分是解决奇异积分的关键.针对动态分析问题,提出了一种与时间步长相关的单元细分法.与传统单元细分法相比,该方法不仅考虑了源点在单元中的位置,同时考虑了波动前沿的位置,能够反映出被积核函数的分段特性,从而能够更加准确地模拟纵波和横波对单元积分的影响.两个算例验证了该方法的准确性及其对计算精度的影响.研究结果表明:对于存在奇异性的第一个分析步,该方法比传统方法的结果误差减小了15. 5%. 展开更多

关键词 时域边界元法 弹性动力学 奇异积分 单元细分 波动前沿

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车用交流发电机电磁振动噪声预测研究 被引量：4

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作者 赵汝炫 董大伟 +2 位作者 闫兵 张胜杰 唐琴 《噪声与振动控制》 CSCD 2017年第3期52-57,共6页

为了从发电机设计之初就能精确预测其振动和噪声,进而进行优化设计,需要建立一个电磁振动噪声预测分析模型。以一台36槽6极对的爪极发电机为研究对象,利用有限元法计算作用在定子铁芯上的电磁力,再耦合到电机结构模型中计算瞬态电磁振动... 为了从发电机设计之初就能精确预测其振动和噪声,进而进行优化设计,需要建立一个电磁振动噪声预测分析模型。以一台36槽6极对的爪极发电机为研究对象,利用有限元法计算作用在定子铁芯上的电磁力,再耦合到电机结构模型中计算瞬态电磁振动,最后将电机振动响应作为声学边界条件,利用时域边界元法计算出电机的辐射噪声。计算表明该发电机的电磁振动噪声频率以36谐次为主,与实验测试的噪声频谱分布相同,两者最大声压级相差2.9 d B,实现了较高精度的电磁振动噪声预测分析,对发电机NVH研究具有指导意义。 展开更多

关键词 声学 噪声预测 有限元法 电磁力 电磁噪声 时域边界元法

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畸形波作用下JIP Spar平台波浪力分析 被引量：3

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作者 刘珍 茅润泽 +2 位作者 马小剑 嵇春艳 李晨鹏 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2015年第4期19-27,44,共10页

利用时域高阶边界元法研究畸形波、系泊系统与浮式结构物耦合作用问题,运用四阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,采用非线性有限元法模拟系泊缆索的各种受力及缆索的弹性变形。以Longuet Hinggins模型为基础,调整组成波的... 利用时域高阶边界元法研究畸形波、系泊系统与浮式结构物耦合作用问题,运用四阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,采用非线性有限元法模拟系泊缆索的各种受力及缆索的弹性变形。以Longuet Hinggins模型为基础,调整组成波的初相位,在很短的波列中得到满足畸形波定义的波形。分析了聚焦位置、初始相位、谱峰周期、谱宽以及水流参数等对系泊JIP Spar平台缆绳力和波浪荷载的影响。将入射波浪的聚焦点分别设置在平台的迎浪侧和背浪侧,分析缆绳力和波浪荷载聚焦峰值,模拟结果发现其最大值产生在聚焦点为迎浪侧的情况。当聚焦点在迎浪侧时,缆绳力和波浪荷载聚焦峰值随着初相位的增加而减小,随着谱宽的增加而减小,而随着谱峰周期的增加而增加。 展开更多

关键词 畸形波 JIP SPAR平台 系泊系统 时域高阶边界元法 波浪力 聚焦点

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