Substructure Method of Three-Dimensional Semi-Analytic Boundary Element and Its Application to Seismic Scattering of Hill Topography

In this paper,a substructure method of three-dimensional semi-analytic boundary element is established.The seismic scattering by three-dimensional topography of a hill can be analyzed by the method in frequency domain.Using this method,the computational effort and storage space are reduced considerably.Finally,analytic results are given.

A General Boundary Solution Method for Potential Flow around a 2D Semi-infinite Body

By using Cauchy's integral formula of analytical complex function and the third order complex spline function, a general boundary solution method for solving the complex potential field of the flow field around a 2D semi infinite body is presented in this paper. The pressure coefficients obtained by the present method agree well with those given by Acrivous, showing the validity of our method.

半自由声场下车辆开闭件的时频优化

乘用车关门工况下半自由声场测量需要在整车制造完成之后才能进行,因此对关门声辐射的提前预测与优化分析显得至关重要。首先,通过设计整车试验和台架试验获取加速度振动响应和频率响应函数,实现关门工况下瞬态冲击载荷的离散化,进一步联合传递路径分析(TPA)与连续小波变换(CWT)提出TPA-CWT方法进行离散化瞬态冲击载荷时频分析。其次,根据关门工况下车门的动力学特性,将求取的离散化瞬态冲击载荷输入至已建立的车门有限元模型中,进而将车门有限元瞬态加速度振动响应映射至车身时域边界元模型预测半自由声场辐射噪声,并与整车试验中麦克风处的实测结果进行对比,声压曲线整体趋势与局部峰值的一致性证明了时域边界元仿真可以精准捕捉到关门工况下瞬态声压特性;最后,通过等效辐射声功率选取低频噪声贡献量前3的部件作为设计变量,再利用多目标粒子群优化对车门质量与关门声辐射进行优化,优化后车门质量减小1.8%,关门声辐射减小1.7%,达到了多目标优化的目的。结果表明,仿真数据与试验结果一致性较好,验证了通过将车门关闭瞬态载荷离散化处理方式和声固耦合分析在关门工况下多目标优化中的可行性,并为后续改款车型的车门设计提供一定的指导方向。

一种新的求解坝面动水压力的半解析方法

基于比例边界有限元理论,推导了综合考虑库水可压缩性和库底边界吸收的坝面动水压力方程,提出了一种新的求解坝面动水压力的半解析方法,并通过算例验证了这种方法的精度和效率。结果表明,与传统方法相比,这种方法具有精度高、计算工作量小的优点。

用三维半解析边界元的子结构法分析凸起山包对地震波的散射

本文建立了一种三维半解析边界元子结构法。这种方法可在频域就三维轴对称凸起山包对地震波的散射进行分析。这种方法节省存储空间、计算工作量小。另外还叙述了拐角的处理方法。

水平激振下波阻板主动隔振试验与数值计算

通过现场试验对水平激振下层状地基中混凝土波阻板的实际隔振效果及波阻板埋深对隔振效果的影响进行了研究,并将实测位移振幅随距离变化曲线与以薄层法格林函数作为基本解的半解析边界元计算结果进行了比较。研究结果表明,水平激振情况下,具有合理埋深的混凝土波阻板可以有效减少振动输出,获得理想的隔振效果;减小波阻板埋深是提高隔振效果的一项有效措施;半解析边界元法的计算结果与实测结果较为一致,证明了该数值方法的可靠性。

半无限横观各向同性介质中多裂纹相互作用分析

为评估含矩形裂纹的半无限横观各向同性介质的局部强度和稳定性,采用基于双横观各向同性材料基本解的对偶边界元数值方法,分析了在沿裂纹面法向和切向均布力分别作用下矩形裂纹的应力强度因子及两个共面或平行的矩形裂纹的相互作用问题。通过数值计算考察了自由面对应力强度因子值的影响,以及裂纹间距、边长比及自由面对共面或平行双裂纹相互作用效应的影响。结果表明,自由面的存在引起该类裂纹应力强度因子值大于无限域情况;裂纹形状和裂纹间距对共面或平行双裂纹相互作用效应均有较明显的影响,但自由面对共面或平行双裂纹的相互作用效应均影响较小。

三维寄生电容边界元计算的半解析积分方法

在VLSI三维多介质互连寄生电容的边界元法计算中 ,利用互连结构特点 ,本文提出一种半解析积分方法 ,它应用原函数方法将二维面积分转化为一维线积分 ,再用一维高斯积分求出积分值 .与二维高斯积分相比 ,速度更快、精度更高 。

三维斜置表面裂纹应力强度因子边界元计算及分析

建立半椭圆表面裂纹模型,并借助边界元分析软件FRANC3D计算不同裂纹面网格划分下裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,将计算结果与理论解进行比较,分析裂纹面网格划分对计算结果精度的影响,得出最优网格划分;在此基础上计算两种斜置半椭圆表面裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,分析斜置角度和椭圆角对裂纹前沿应力强度因子的影响,对工程实际具有参考意义。

三维层状地基排桩远场被动隔振分析

屏障隔振是治理振动污染一种极为有效的手段,被广泛应用到工程实际中,但目前关于屏障隔振的研究主要基于弹性均质半空间条件,而对更符合实际的层状地基屏障隔振问题则鲜有报道,尤其是层状地基中复杂的三维非连续屏障隔振问题。将三维直角坐标下的二次形函数薄层法基本解答代入弹性动力边界积分方程,得到薄层法半解析边界元法,分析不同桩长和不同桩土剪切模量比对排桩隔振效果的影响。结果表明:(1)上软下硬层状地基中的排桩被动隔振,排桩的有效深度为2.5左右,远大于排桩在均质地基中的有效深度1.0;(2)对于上硬下软层状地基,排桩的有效深度为2.0左右,小于上软下硬地基中排桩的有效深度;(3)当桩与表层土剪切模量比5≤G*≤30时,随G*的增加,排桩隔振效果增加明显。

基于边界积分方程法的六辊轧机辊系变形分析

精确的板形控制理论对提高带钢质量具有重要意义,而辊间压扁理论是板形控制理论的重要组成部分。针对半无限体模型在计算辊间压扁时的误差问题,给出一种计算辊间压扁的新模型。应用有限元法模拟有限长度半无限体两侧面的位移场,建立侧面的位移衰减函数。基于边界积分方程法,得到有限长度半无限体在表面分布力作用下的数值解,从而建立求解有限长度半无限体的解析模型,并用有限元法验证该模型的准确性。基于该压扁模型建立新型六辊轧机辊系变形模型,所得结果与有限元法,半无限体模型和费普尔公式进行对比,发现新模型所得结果与有限元法更加接近。考虑板宽和窜辊量的影响,利用新模型与半无限体模型、费普尔公式进行对比计算,发现新模型所得辊间压力和压扁优于其他两模型,特别是在轧辊边部区域比其他两模型更符合实际。

半潜式钻井平台波浪散射力与运动响应分析

文章对半潜式钻井平台(Semi-Submersible)在波浪作用下的散射波浪力和运动响应进行了分析研究,研究中采用了基于波浪辐射、绕射理论的三维有限水深格林函数方法。为了保证这种大型复杂海工结构物计算结果的高精度,研究中对于边界积分方程的离散求解采用了考虑几何对称性的高阶边界元算法。通过对计算结果的比较分析,对这种型式的钻井平台的波浪力和运动响应有了一个全面的认识,对结构设计有很好的参考价值。

基于泰勒展开边界元方法的某半潜式平台水动力计算分析

为了研究一阶泰勒展开边界元方法对半潜式平台的水动力性能以及运动响应的预报精度,将其计算结果与商业软件AQWA的计算结果进行比较。在试验结果的基础上,通过对两种计算方法结果的比较分析,表明一阶泰勒展开边界元方法计算结果与AQWA的计算结果吻合较好,而且一阶泰勒展开边界元方法有着较好的收敛速度,可用于半潜式平台水动力分析,本文工作也为该类平台的水动力响应分析提供了参考。

城轨沿线地面环境振动响应的半解析有限元求解

采用半解析有限元法建立了列车-轨道-地基土相互作用模型,通过线性赫兹关系考虑列车模型与轨道模型之间的动力相互作用,再通过动力平衡将轨道模型与地基土模型进行耦合;随后在轨道不平顺的激励下,计算列车沿线运行产生的地基反力;将此力作为由有限元软件ABAQUS建立的求解轨道沿线环境振动模型的输入,求得列车通过时引起的沿线场地的环境振动;利用北京某城轨线路区间站之间的环境振动观测数据对计算结果进行验证,证明了所建立的计算方法是有效的。这套计算方法具有一定实用价值可用来评估现有线路的环境振动,也可用来规划新修建线路附近场地的环境振动。

三维Helmholtz积分方程外问题几乎奇异积分的半解析算法

边界元法求解声场Helmholtz外问题时,由于简单闭合曲面外的无限域边界积分方程与原边值问题(外问题)不完全等价,从而会在某些激励波数(与相应内问题的特征波数重合)下不能获得唯一解。文章引入一种计算几乎奇异积分的半解析算法,结合CHIEF点法,在较宽的波数范围内计算了声场外问题近场和远场内的声压。计算结果表明,该算法不仅有效地克服了频域内解的非唯一问题,而且与单纯的CHIEF点法相比能够显著提高计算精度。

基于边界元法的输电杆塔上分裂导线表面电场数值计算

为了比较准确计算输电导线附近电磁环境,为优化杆塔和线路提供参考,对输电杆塔附近的分裂导线表面电场进行数值分析。根据杆塔的特点,设杆塔模型由一系列圆柱形导体组成,并把圆柱形导体设为线单元。把分裂导线圆柱形表面设成面单元,采用线-面混合边界元法把杆塔和导线作为一个系统进行计算。针对导线表面剖分单元的特点,在高斯积分方法上提出了改进措施,即在剖分单元比较长的方向上增加高斯点,减少计算内存提高效率。同时考虑计算模型两边输电导线的影响和大地镜像的影响。计算结果表明:采用线-面混合边界元法,可以比较准确有效地计算出杆塔附近导线表面电场分布;杆塔附近分裂导线表面电场会明显增大,并随着距离杆塔越来越远,杆塔影响迅速减小,中间相导线受杆塔影响比较大;正常高斯积分长宽比值小于16倍时才比较准确,改进高斯积分后,剖分单元长宽比值64倍时结果仍然比较准确,显著提高了计算精度和效率;当半无限长导线距离计算点较近时对计算结果产生的影响比较大,距离计算点较远时产生的影响比较小。

层状岩体各向异性对裂纹断裂特性影响研究

为探讨层状工程岩体在平行和垂直层面方向的各向异性对其中埋藏裂纹断裂特性的影响,将层状工程岩体地基模拟为半无限横观各向同性介质,用平行和垂直层面方向弹性系数的比值来表征该类岩体各向异性的程度,采用基于双横观各向同性材料基本解的对偶边界元方法,分析了该类岩体在平行和垂直层面方向上的弹性模量、剪切模量和泊松比的各向异性对正交于层面的单条矩形裂纹应力强度因子(SIF)和两条裂纹间相互作用的影响规律。数值计算结果表明:平行层面方向的裂尖SIF值随垂直层面方向的弹性模量和剪切模量的减小而减小,垂直层面方向的裂尖SIF值变化规律正好相反。泊松比的各向异性对裂尖SIF值和两条裂纹间的相互作用均基本无影响。

半潜式采油平台波浪漂移力分析研究

对于半潜式采油平台而言,波浪漂移力是设计其锚泊系统的重要依据,文章依据波浪辐射和绕射理论,采用高阶边界元方法并考虑了半潜式采油平台几何形状的对称性,应用近场解法得到半潜平台6个方向的波浪漂流力。研究中还采用了在半潜平台直角边和角点处布置双重和多重节点的方法,该方法极大地提高了波浪漂移力的计算准确性和数值稳定性,特别是在高频波浪区域。

圆柱壳振动声辐射Jacobi-Ritz时域半解析法及特性分析

针对圆柱壳结构瞬态声振特性分析研究不足,结合Newmark-β积分法和Kirchhoff时域边界积分方程,提出一种圆柱壳受迫振动声辐射Jacobi-Ritz时域半解析法。基于一阶剪切变形理论和微元法思想,建立了圆柱壳振动声辐射分析模型,采取Jacobi多项式和Fourier级数表示轴向和周向位移容许函数,基于Rayleigh-Ritz法和Newmark-β积分法计算圆柱壳的受迫振动时域响应,在此基础上,基于Kirchhoff积分方程求解辐射噪声时域响应,分析圆柱壳受迫振动声辐射特性。与有限元方法/边界元方法数值结果对比表明,该方法具备收敛性好、精度高等优点,圆柱壳结构声振响应峰值随边界条件的刚度变弱存在左移现象,振动声辐射响应随厚度的增加呈现下降趋势;当随机载荷峰值频率与结构固有频率接近时,结构声振响应出现强特征线谱。

饱和地基中多排孔远场被动隔振分析

针对实际工程中单排孔隔振效果差的问题,采用饱和土半解析边界元法研究分析了多排孔的远场被动隔振效果。根据多排孔内表面的边界条件,推导得到了多排孔对入射Rayleigh波散射的三维边界元方程,编制了计算程序,对多排孔的远场被动隔振问题进行了详细的参数分析。结果表明:相对于单排孔,多排孔能够对入射Rayleigh波进行有效的隔振,且多排孔的排列方式对隔振效果影响较小;多排孔的排数以两排为宜,排间净距取排孔直径时隔振效果最优;多排孔每排孔的数量对隔振效果和有效屏蔽区域的面积影响较大,建议根据有效屏蔽区域来确定排孔孔数,且每排孔孔数不宜少于6个。此外,与单排孔隔振类似,排孔的深度宜取1倍Rayleigh波波长;随着孔间净距的增加,多排孔隔振效果逐渐劣化,多排孔不再呈一个整体对Rayleigh波进行隔振。