等价无奇异边界积分方程及工程应用

论文摘要

本文综述了边界元法的发展历史和研究现状,分析了奇异积分和几乎奇异积分计算的重要性,介绍了等价的边界积分方程。基于前人的工作,归化出二维各向同性等截面直杆扭转的等价直接变量和间接变量无奇异边界积分方程,计算了端面剪应力。给出了二维各向异性等截面直杆扭转问题的基本解,归化出了二维各向异性等截面直杆扭转的等价直接变量和间接变量无奇异边界积分方程,端面剪应力的数值计算结果表明了本文算法的精确性。给出平面正交各向异性单一介质坝基渗流问题的基本解,归化出平面正交各向异性单一介质坝基渗流的等价直接变量和间接变量无奇异边界积分方程,并应用其求解矩形坝基面的水头和法向流速,数值算例表明了本文算法的有效性。参照韦氏假设和动水压力的基本方程,归化出迎水坝面地震动水压力的等价间接变量和直接变量无奇异边界积分方程,动水压力的数值计算结果与韦氏解答一致。利用二维静电场的等价间接变量无奇异边界积分方程,对传输线中非常关心的同轴线的特性阻抗进行了数值计算,分析了内外导体半径比与边界的电位势通量的关系。引入了一种新的积分变换,有效地消除了边界元法在解决二维各向异性等截面直杆扭转问题和平面正交各向异性单一介质坝基渗流问题中所产生的边界层效应。数值算例表明,即使域内点非常的靠近边界,本文算法仍可取得理想的结果。以温度场为例,基于一种新的思想,归化出第二类无奇异边界积分方程,数值结果表明,方程具有良好的收敛特性。最后,对全文的研究成果进行了总结。对第二类无奇异边界积分方程理论的实际应用进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 数值解法概述
• 1.2 边界元法发展简介
• 1.3 边界元法中的问题
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 位势问题等价的边界积分方程
• 2.1 预备知识
• 2.1.1 定解问题
• 2.1.2 格林公式
• 2.1.3 高斯求积公式
• 2.2 经典边界积分方程
• 2.2.1 拉普拉斯方程
• 2.2.2 泊松方程
• 2.2.3 多连通区域问题
• 2.3 等价的边界积分方程
• 2.3.1 等价的直接变量边界积分方程
• 2.3.2 等价的间接变量边界积分方程
• 2.4 边界积分方程的离散
• 第三章 弹性扭转问题的无奇异边界元分析
• 3.1 各向同性等截面直杆扭转的等价的无奇异边界积分方程
• 3.1.1 数值算例
• 3.1.2 收敛性分析
• 3.2 各向异性等截面直杆扭转的等价的无奇异边界积分方程
• 3.2.1 数值算例
• 3.2.2 收敛性分析
• 第四章 无奇异边界积分方程在流体问题中的应用
• 4.1 坝基渗流问题
• 4.1.1 数值算例
• 4.1.2 收敛性分析
• 4.2 迎水坝面地震动水压力问题
• 4.2.1 数值算例
• 4.2.2 收敛性分析
• 4.2.3 库坝形变分析
• 第五章 同轴线特性阻抗的无奇异边界元解法
• 第六章 边界积分方程中几乎奇异积分的计算
• 6.1 几乎奇异积分产生原因剖析
• 6.2 几乎奇异积分计算的一种变换法
• 6.3 数值算例
• 第七章 第二类无奇异边界积分方程的理论分析及应用
• 7.1 第二类积分方程
• 7.1.1 积分方程概述
• 7.1.2 位势问题的第二类积分方程
• 7.2 第二类无奇异边界积分方程及其离散
• 7.2.1 第二类无奇异边界积分方程
• 7.2.2 离散化单元
• 7.3 数值算例
• 7.4 收敛性分析
• 第八章 结论及展望
• 8.1 结论
• 8.2 第二类方程展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间公开发表论文情况