课题基金 / 基金详情

任意核函数单元形状源点位置高效高精度奇异和近奇异积分

批准号:
11772125
项目类别:
面上项目
资助金额:
75.0 万元
负责人:
张见明
依托单位:
学科分类:
计算固体力学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
肖万伸、董云桥、舒小敏、钟玉东、林威承、鞠传明、池宝涛、何蕤、杨乐

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
精确高效地计算奇异和近奇异积分,对边界元法的成功实施至关重要,也是边界元法在实际工程计算中面临的主要障碍之一。关于奇异和近奇异积分的研究已有几十年的历史,但是迄今仍没有一个统一的,对任意基本解类型、任意单元形状、任意源点位置都适用的,高效高精度的计算方法。而且,现有的近奇异积分方法都不能正确处理时域基本解在小时间步长时出现的近奇异积分,以及弹性波基本解的非连续问题。本项目提出一个球面细分方案:通过一系列半径呈指数级增长的球面分割单元,得到的单元子块拥有适宜高斯积分的最佳形状与尺寸,可以一次性彻底地解决边界元法中的所有奇异和近奇异积分难题。研究内容包括:(1)三维面单元球面细分法。(2)三维体单元球面细分法。(3)针对时域基本解小步长和弹性波非连续基本解的球面细分法。(4)针对细分子单元块的高斯积分准则。(5)基于球面细分的面积分和体积分的并行计算方法。
英文摘要
Accurate and efficient evaluation of singular integrals and nearly singular integrals is of crucial importance for successful implementation of the boundary element method (BEM), which is also one of the main obstacles for the BEM applied to engineering problems. The boundary integrals in BEM have been studied for a long time, and many methods have been proposed. However, none of them can evaluate the singular integrals and nearly singular integrals accurately and efficiently for cases of arbitrary type fundamental solution, arbitrary shape of element and arbitrary location of the source point. In this project a sphere subdivision method is proposed, which subdivides an element into a number of patches through a sequence of spheres with increasing radius and the obtained patches are good in shape and size for Gauss Quadrature, and hence the difficulties associating with integrals in the BEM can be completely overcome. The research contents are as following: (1) Automatic sphere subdivision method for surface elements; (2) Automatic sphere subdivision method for volume elements; (3) Sphere subdivision method for time-domain fundamental solutions; (4) The Gaussian Quadrature criterion for integrals on patches. (5) Parallel implementation of the numerical integration in BEM based on the Sphere Subdivision Method.
精确高效地计算近奇异积分,对边界元法的成功实施至关重要,也是边界元法在实际工程计算中面临的主要障碍之一。关于奇异和近奇异积分的研究已有几十年的历史,但是迄今仍没有一个统一的,对任意基本解类型、任意单元形状、任意源点位置都适用的,高效高精度的计算方法。而且,现有的近奇异积分方法都不能正确处理时域基本解在小时间步长时出现的近奇异积分,以及弹性波基本解的非连续问题。本项目提出了一个球面细分方案,通过一系列的半径呈指数级增长的球面分割单元,得到的单元子块拥有适宜高斯积分的最佳形状与尺寸,可以一次性解决边界元法中的所有奇异近奇异积分难题。.项目中实现的技术包括:以一系列半径递增的球面对单元进行区域分割,采用前沿推进法中边界离散向内插点的方式,引入网格划分中的模板法,以及网格的自适应划分技术,自动生成相对均匀、形状规则、且有利于函数插值和积分的子区域。以UG为开发平台,本项目成功实现了针对任意基本解类型、任意单元形状、任意源点位置都适用的二维平面和曲面单元的球面细分、二叉树细分,以及三维体单元与面单元的球面细分、二叉树细分。有效的解决的奇异和近奇异积分存在的难题。.算法目前已在很多工程实例中得到应用,通过与其他方法对比可以充分显示本项目提出的方案的精度与效率;同时,大量的数值算例又可以证明所提出的球面细分方法的稳定性与可靠性。接下来的研究工作主要是对球面细分算法的完善,以期实现该算法对任意实例都能做到积分的高效求解,并将其真正推广应用到工程领域。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.1016/j.cam.2019.04.027
发表时间: 2019-12
期刊: Journal of Computational and Applied Mathematics
影响因子: 2.4
作者: [Zhang Jianming, Chi Baotao, Singh Krishna M., Zhong YuDong, Ju Chuanming]
通讯作者: Ju Chuanming
DOI: 10.1016/j.euromechsol.2020.104005
发表时间: 2020-07
期刊: European Journal of Mechanics - A: Solids
影响因子: --
作者: [Zhang Jianming, He Rui, Lin Weicheng, Yang Le, Chi Baotao, Ju Chuanming, Suliman]
通讯作者: Suliman
A binary-tree subdivision method for evaluation of singular integrals in 3D BEM
一种用于计算 3D BEM 中奇异积分的二叉树细分方法
DOI: 10.1016/j.enganabound.2019.03.007
发表时间: 2019-06
期刊: Engineering Analysis with Boundary Elements
影响因子: 3.3
作者: [Zhang Jianming, Ju Chuanming, Divo Eduardo, Zhong Yudong, Chi Baotao]
通讯作者: Chi Baotao
A new singular element for evaluating stress intensity factors of V-shaped notches under mixed-mode load
混合模式载荷下评估V形缺口应力强度因子的新奇异单元
DOI: 10.1016/j.enganabound.2018.04.006
发表时间: 2018-08
期刊: Engineering Analysis with Boundary Elements
影响因子: 3.3
作者: [Zhang Jianming, Dong Yunqiao, Ju Chuanming, Lin Weicheng, Zhang JM]
通讯作者: Zhang JM
17
    基于双层插值边界面法求解弹性接触问题的区域迭代算法研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      61万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      张见明
    • 依托单位:
    完全无缝的CAE/CAD一体化高精度全自动计算力学软件开发
    • 批准号:
      11972010
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      63.0万元
    • 批准年份:
      2019
    • 负责人:
      张见明
    • 依托单位:
    汽车车身点焊接头及整车疲劳断裂完整实体分析
    • 批准号:
      11472102
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      92.0万元
    • 批准年份:
      2014
    • 负责人:
      张见明
    • 依托单位:
    直接基于三维CAD模型的复杂结构高精度应力分析软件开发
    • 批准号:
      11172098
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      70.0万元
    • 批准年份:
      2011
    • 负责人:
      张见明
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金