基于矩阵形态修复的边界元容错处理算法研究

边界元法以其独特的优势被广泛应用于稳态温度场的求解，但在实际应用中，由各种CAD模型生成的求解域表面网格往往存在多种缺陷和错误，网格错误会导致边界元矩阵形态变差，所得到的方程组难以收敛甚至无法求解。为此提出边界元容错处理算法，该算法根据边界元矩阵系数行和恒等于1的特点进行矩阵形态修复，可以实现边界元对网格的容错处理，并且在实际应用中取得了良好的效果。     

变系数各向异性热传导问题边界元解法

提出了一种用边界元法求解一般变系数各向异性热传导问题时建立基本解的方法,并导出了求解一般二维和三维各向异性稳态热传导问题的纯边界积分方程。所建立的基本解考虑了热导率是空间坐标的函数,因此所导出的积分方程可用于求解非均质材料传热问题。由热源项引起的域积分,运用径向积分法将其转换成边界积分,形成不需要内部点的纯边界元算法。给出了二维和三维问题3个分析算例,并通过将边界元法结果与有限元法结果进行对比,证明了方法的正确性和有效性。     

变系数各向异性热传导问题边界元解法

提出了一种用边界元法求解一般变系数各向异性热传导问题时建立基本解的方法,并导出了求解一般二维和三维各向异性稳态热传导问题的纯边界积分方程。所建立的基本解考虑了热导率是空间坐标的函数,因此所导出的积分方程可用于求解非均质材料传热问题。由热源项引起的域积分,运用径向积分法将其转换成边界积分,形成不需要内部点的纯边界元算法。给出了二维和三维问题3个分析算例,并通过将边界元法结果与有限元法结果进行对比,证明了方法的正确性和有效性。     

注塑冷却快速边界元算法

在用边界元方法进行注塑冷却分析时,形成的矩阵方程为满阵,当单元数目超过一定值时,计算机则变得无能为力.针对这一问题,本文介绍一种新的计算方法,首先将单元分组,求出组内单元的平均温度,再利用得到的结果进一步计算组内每一个单元上的温度.采用这种方法,能够有效缩短计算时间,使计算时间仅为常规方法的1/4甚至更少.另外,通过单元合并减少了计算的数据量,改善了因计算机截断误差积累导致计算结果异常的情况,使得冷却分析能处理的单元数目较常规方法提高1倍以上.     

平面正交各向异性体材料参数识别算法及软件设计

基于边界元法,本文提出了平面正交各向异性体材料参数识别算法.通过构造以测量位移与边界元计算的相应位移之差的平方和作为目标函数,采用Levenberg-Marquardt方法迭代极小化目标函数,从而把参数识别问题转化为极小化目标函数的问题.同时在识别过程中考虑了测量位移含正态分布的误差,研究测量误差对参数识别结果的影响.算例表明本文提出的参数识别方法是有效的.     

二维弹性问题线性单元边界元法奇异积分问题的处理

采用线性单元的二维弹性问题边界元法具有计算精度高的优点。但当点力所在结点与单元的端结点重合时,出现了奇异积分问题。本工作提出了解决奇异积分问题的一个方法,编制了二维弹性问题线性单元边界元法程序,并给出了两个算例。算例中讨论了角结点附近面力的处理问题。结果表明,本工作编制的边界元法程序是可靠的。     

注塑模冷却分析的边界元法

本文介绍了一种注塑模冷却分析的有效方法－－边界元法，根据注塑模内部尺寸相差悬殊（型胶为一狭缝，冷却孔长度远大于其直径）的结构特点，推导出适用于注塑模冷却分析折边界积分方程，并给出模具三维温度场的边界元计算方法，最后，利用一个例子说明了其于边界元法的冷却分析在实际中的应用。     

注塑模冷却过程模拟关键算法研究

注塑模冷却过程模拟中采用型腔的表面模型来取代传统的中心面模型可以解决CAD和CAE的无缝集成,但需要解决边界元方法BEM(BoundaryElementMethod)在狭长型腔面上的积分难题,为此提出了动态分配高斯积分阶次的方法。对三角单元进行积分计算时,根据源点与场单元中心的距离与场单元平均边长的比值自动选取积分点数。结合单元细分方法,不仅解决了单元数量和计算精度冲突的难题,实现了精度和效率二者的平衡,同时也可以用于消除边界元积分的奇异性,突破了基于中心面模型注塑模模拟软件推广应用的瓶颈。     

线弹簧模型与边界元法的耦合

以往的线弹簧边界元法没有考虑局部弯曲效应,因而只能用于求解裂纹对称于板的中面这种特殊的部分穿透裂纹问题。本文作者开发了一种新的线弹簧边界元法,该方法同时考虑了拉仲效应与弯曲效应。本文对该方法进行了理论分析,讨论了实施方案,计算了含有表面裂纹板的应力强度因子。结果表明所提出线弹簧边界元法是一种经济有效的计算方法,该方法把表面裂纹这种复杂的三维问题简化为一维问题,因而有利于在微机上实施。     

混凝土中氯离子二维扩散分析的边界元法

混凝土二维扩散分析的有限元法等常用数值法通常需要在空间域和时间域中同时采取细密的离散网格,计算量大.针对混凝土中氯离子二维扩散问题,提出了计算长度的概念及其计算表达式,首次建立了相应的边界元计算方法,确定了时间域离散的步长.通过该计算模型研究了混凝土结构的拐角等几何形状复杂位置的氯离子分布规律.由于边界元法可以将二维问题简化为一维离散问题,而且该计算模型在时间域内的离散网格非常稀疏,因此,相对于其他数值方法,该方法计算量很小,算例分析验证了该方法具有很高的计算精度和计算效率.同时,对角点等位置的氯离子浓度的计算结果表明,二维方法能够更准确地反映氯离子在混凝土结构中的扩散和积聚规律.     

具有堆焊层的复合管板热-结构耦合分析

通过有限元法计算了 15 Cr Mo堆焊 0 0 Cr17Ni14Mo2 Ti的管板结构在热处理及工作状态下的温度场和应力场。结果表明 ,在堆焊交界面附近 ,由材料物理性质差异所引起的热应力非常高 ,成为导致堆焊层剥落的重要因素之一     

用蒙特卡洛-边界元法求结构的可靠度

本文提出将蒙特卡洛法与边界元法耦合起来求结构可靠度的方法。该方法简单易行,把常规的边界元法程序作为接口,加上前后处理程序即可实现。文章给出了程序框图及例题。     

二维导流管喷动床离散颗粒动力学模拟

采用离散单元法(DEM)-计算流体力学(CFD)双向耦合数值方法对二维导流管喷动床进行了模拟,颗粒的运动通过DEM模型描述,而气体的运动用Navier-Stokes方程进行求解,气体和固体颗粒之间的相互作用通过曳力形式传递。文中将DEM和边界元方法(BEM)结合起来解决颗粒在具有复杂边界设备内的运动。通过采用BEM+DEM-CFD相结合的方法进行模拟计算,得到了喷动床的最小喷动速度,研究了不同表观气速下床内的流型,得到了二维导流管喷动床的床层压降与表观气速的关系,统计分析了喷射区、环隙区内颗粒的运动速度和相应的空隙率,全面地描述了二维导流管喷动床内的气固流动特征。     

Numerical simulation of two-dimensional spouted bed with draft plates by discrete element method

A discrete element method (DEM)-computational fluid dynamics (CFD) two-way coupling method was employed to simulate the hydrodynamics in a two-dimensional spouted bed with draft plates. The motion of particles was modeled by the DEM and the gas flow was modeled by the Navier-Stokes equation. The interactions between gas and particles were considered using a twoway coupling method. The motion of particles in the spouted bed with complex geometry was solved by combining DEM and boundary element method (BEM). The minimal spouted velocity was obtained by the BEMDEM-CFD simulation and the variation of the flow pattern in the bed with different superficial gas velocity was studied. The relationship between the pressure drop of the spouted bed and the superficial gas velocity was achieved from the simulations. The radial profile of the averaged vertical velocities of particles and the profile of the averaged void fraction in the spout and the annulus were statistically analyzed. The flow characteristics of the gas-solid system in the two-dimensional spouted bed were clearly described by the simulation results. __________ Translated from Chemical Engineering (China), 2007, 35(6): 24–28 [译自: 化学工程]     

沉浸管式流化床的颗粒尺度模拟

为模拟具有复杂几何结构的气固流动系统,文中将计算流体力学和离散单元法与边界元方法结合起来,对沉浸管式流化床内颗粒及气泡的运动行为进行了数值模拟。模拟计算得到的瞬态流型图揭示了气泡绕流沉浸管束时出现的合并和破碎状态及颗粒群的详细运动行为,发现床内气固二相的流动受到沉浸管束存在的显著影响。当颗粒及气相的流动受到沉浸管的阻碍而绕管流动过程中气泡会发生变形,变得扭曲狭长且易被撕碎。同时颗粒与管道壁面碰撞会造成气固二相复杂的动态运动形式,床内的管道大部分时间会被气穴包围,将严重阻碍管道与颗粒之间的传热。     

Particle-scale simulation of fluidized bed with immersed tubes

In order to simulate gas-solids flows with complex geometry, the boundary element method was incorporated into the implementation of a combined model of computational fluid dynamics and discrete element method. The resulting method was employed to simulate hydrodynamics in a fluidized bed with immersed tubes. The transient simulation results showed particle and bubble dynamics. The bubble coalescence and break-up behavior when passing the immersed tubes was successfully predicted. The gassolid flow pattern in the fluidized bed is changed greatly because of the immersed tubes. As particles and gas are come in contact with the immersed tubes, the gas bubbles will be deformed. The collisions between particles and tubes will make the tubes surrounded by air pockets most of the time and this is unfavorable for the heat transfer between particles and tubes. __________ Translated from Chemical Engineering, 2007, 35(11): 21–24 [译自:化学工程]     

粘接理论研究的一些新进展

近年来本文作者在粘接理论方面作了一些初步的研究,本文主要介绍粘接界面形成配位键的初步证实及用边界元法计算粘接搭接接头应力结果的分析。     

FINITE ELEMENT METHOD FOR SOLVING TWO-DIMENSIONAL DIFFUSION-REACTION EQUATIONS OF BOUNDARY LAYER TYPE IN POROUS CATALYST PELLET

In this paper,finite element method(FEM)is used to solve two-dimensional diffu-sion-reaction equations of boundary layer type.This kind of equations are usually too complicatedand diffcult to be solved by applying the traditional methods used in chemical engineering becauseof the steep gradients of concentration and temperature.But,these difficulties are easy to be over-comed when the FEM is used.The integraded steps of solving this kind of problems by the FEMare presented in this paper.By applying the FEM to the two actual examples,the conclusion can bereached that the FEM has the advantages of simplicity and good accuracy.     

弹性支承正交异性层合板位移计算的刚度调整法

为计算弹性支承正交异性层合板的位移，提出了刚度调整法。并引用了柔度法。文中含有２种方法得到的计算结果。实验验证了计算结果的正确性。刚度调整法具有简便和适用性广的优点。