计算物理 ›› 2023, Vol. 40 ›› Issue (5): 548-555.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8634
王富顺1(), 池宝涛1,2,*(
), 贾志超1, 郭前建1, 袁伟1
收稿日期:
2022-09-06
出版日期:
2023-09-25
发布日期:
2023-11-02
通讯作者:
池宝涛
作者简介:
王富顺, 男, 研究生, 研究方向为机械CAE、计算力学, E-mail: 13280673265@163.com
基金资助:
Fushun WANG1(), Baotao CHI1,2,*(
), Zhichao JIA1, Qianjian GUO1, Wei YUAN1
Received:
2022-09-06
Online:
2023-09-25
Published:
2023-11-02
Contact:
Baotao CHI
摘要:
本文针对边界元法在计算薄型结构力学、裂纹扩展等物理问题时存在的积分难题, 提出一种基于自适应单元细分法的高效高精度近奇异域积分计算方法, 该方法基于二叉树数据结构的单元细分技术对体单元进行自适应细分, 消除单元几何形状所引起的近奇异性, 能直接用于计算连续核函数的近奇异域积分。针对间断核函数的近奇异域积分, 在细分单元的基础上采用腔面重建算法和投影算法, 重新构建源点附近的积分子单元。数值算例表明: 本方法可采用较少的积分点得到准确结果, 是处理近奇异域积分的一种有效方法。
王富顺, 池宝涛, 贾志超, 郭前建, 袁伟. 基于自适应单元细分法的高效高精度近奇异域积分计算[J]. 计算物理, 2023, 40(5): 548-555.
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图1 边界积分方程中核函数的基本类型(a) 间断核函数;(b) 连续核函数
Fig.1 Basic types of the fundamental solutions in the boundary integral equations(a) the discontinuous kernel; (b) the continuous kernel
图3 不同类型体单元的细分方式(a) 六面体单元;(b) 四面体单元;(c) 三棱柱单元;(d) 细长型四面体单元
Fig.3 Subdivision of different types of volume element (a) hexahedral element; (b) tetrahedral element; (c) pentahedral element; (d) slender tetrahedral element
图4 连续核函数的近奇异域细分方案(a) 细长条状六面体单元;(b) 细长条状三棱柱单元
Fig.4 BTSM for nearly singular domain integrals with continuous kernels (a) subdivision of slender hexahedral element; (b) subdivision of slender pentahedral element
图5 “阶梯型”有效投影腔面的构建(a) 体二叉树平衡后的单元细分;(b) 有效内、外投影腔面的构建;(c) 内、外腔面投影点;(d) 球面附近单元子块
Fig.5 Construction of valid core cavities for projection (a) ultimate subdivision sub-elements; (b) the core projection cavities; (c) matching the core projection cavity to sphere; (d) convert relative sub-elements into well-shaped serendipity patches
图8 两种不同类型球面的参数表示(a) 单极点球面;(b) 单极球的局部坐标系
Fig.8 Parametric representation of two types of spheres (a) polar sphere; (b) local coordinate system of polar sphere
图9 基于Harmonic参数化的腔面投影算法示意图(a) 有效投影腔面划分;(b) 计算参数空间投影点;(c) 判断目标投影点位置;(d) 腔面投影划分
Fig.9 The Harmonic projection algorithm schematic diagram (a) triangulation of the projection cavity faces; (b) calculated projection points in parameter space; (c) map of relative projection points; (d) relative inner-ring projection points and sub-elements
图13 连续核函数的近奇异域积分计算结果(a) BTSM与CSM的积分点数量;(b) BTSM与CSM的计算精度
Fig.13 Comparison of accuracy of BTSM and CSM (a) the integral points number of BTSM and CSM; (b) the accuracy of BTSM and CSM
图15 间断核函数的近奇异域积分计算结果(a) BTSM与CSM的积分点数量;(b) BTSM与CSM的计算精度
Fig.15 Comparison of accuracy of BTSM and CSM (a) the integral points number of the BTSM and CSM; (b) the accuracy of the BTSM and CSM
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