弹性和压电材料断裂问题的插值型无单元伽辽金比例边界法

摘要

插值型无单元伽辽金比例边界法（Interpolating Element-Free Galerkin Scaled Boundary Method，简称IEFG-SBM）是一种基于改进的插值型移动最小二乘法（Improved Interpolating Moving Least-Squares，简称IIMLS），结合了无单元伽辽金法（Element Free Galerkin Method，简称EFGM）与比例边界法优点的边界型无网格法。该方法仅需在计算域的边界上进行节点离散，减少了一维空间，且不需要边界元法所需要的基本解；径向上利用解析的方法进行求解，从而可获得较高的精度。将这种方法应用于弹性材料和压电材料断裂问题可以直接根据定义计算出裂纹尖端的强度因子。在改进的插值型移动最小二乘法中，不仅近似得到的试函数满足插值性质，本质边界条件可以直接施加，而且权函数非奇异，避免了Lancaster提出的插值型移动最小二乘法因权函数奇异导致的计算不便。此外，相对于传统的移动最小二乘法，改进的插值型移动最小二乘法计算形函数时待定系数减少了一个，从而可以提高计算效率，减小产生奇异矩阵的几率。本文工作包括以下内容：
　　（1）建立弹性材料断裂问题的基于改进的插值型移动最小二乘法的插值型无单元伽辽金比例边界法，并推导了相应的计算公式。通过编制Matlab程序计算了几个典型的算例验证了本文方法高精度和高效率的优点。
　　（2）在弹性材料断裂问题的基础上，将插值型无单元伽辽金比例边界法应用于压电材料断裂问题的计算中，并推导相应的计算公式以及编制相应的Matlab程序，从而更进一步验证了该方法的有效性。
　　（3）为进一步提高解的精度和网格划分的灵活性，将结构划分为包含裂纹和不包含裂纹区域，建立了裂纹分析的插值型无单元伽辽金比例边界法与有限元法（Finite Element Method，简称FEM）的耦合模型，并将其应用于弹性和压电材料断裂问题，通过具体的算例验证了该耦合方法的精确性与有效性。

目录

声明

主要符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 比例边界有限元法的研究现状

1.3 无网格法的研究现状

1.4 弹性材料断裂力学的研究现状

1.5 压电材料断裂力学的研究现状

1.6 研究方法和技术

1.7 本文研究的主要内容

第二章 改进的插值型移动最小二乘法

2.1 引言

2.2 基于改进的插值型移动最小二乘法的形函数构造

2.3 形函数性质

2.4 形函数及其应用

2.5 本章小结

第三章 弹性材料断裂问题的插值型无单元伽辽金比例边界法

3.1 引言

3.2 弹性材料断裂问题的基本方程

3.3 控制方程的导出

3.4 控制方程的求解

3.5 数值算法实施步骤

3.6 数值算例

3.7 本章小结

第四章 压电材料断裂问题的插值型无单元伽辽金比例边界法

4.1 引言

4.2 压电材料断裂问题的基本方程

4.3 控制方程的导出

4.4 控制方程的求解

4.5 无量纲处理

4.6 数值算法实施步骤

4.7 数值算例

4.8 本章小结

第五章 插值型无单元伽辽金比例边界法与有限元法耦合

5.1 引言

5.2 弹性材料断裂问题

5.3 压电材料断裂问题

5.4 数值算法实施步骤

5.5 数值算例

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢