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HYBRID FEM WITH FUNDAMENTAL SOLUTIONS AS TRIAL FUNCTIONS FOR HEAT CONDUCTION SIMULATION 被引量:10
1
作者 Hui Wang Qing-Hua Qin 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI 2009年第5期487-498,共12页
A new type of hybrid finite element formulation with fundamental solutions as internal interpolation functions, named as HFS-FEM, is presented in this paper and used for solving two dimensional heat conduction problem... A new type of hybrid finite element formulation with fundamental solutions as internal interpolation functions, named as HFS-FEM, is presented in this paper and used for solving two dimensional heat conduction problems in single and multi-layer materials. In the proposed approach, a new variational functional is firstly constructed for the proposed HFS-FE model and the related existence of extremum is presented. Then, the assumed internal potential field constructed by the linear combination of fundamental solutions at points outside the elemental domain under consideration is used as the internal interpolation function, which analytically satisfies the governing equation within each element. As a result, the domain integrals in the variational functional formulation can be converted into the boundary integrals which can significantly simplify the calculation of the element stiffness matrix. The independent frame field is also introduced to guarantee the inter-element continuity and the stationary condition of the new variational functional is used to obtain the final stiffness equations. The proposed method inherits the advantages of the hybrid Trefftz finite element method (HT-FEM) over the conventional finite element method (FEM) and boundary element method (BEM), and avoids the difficulty in selecting appropriate terms of T-complete functions used in HT-FEM, as the fundamental solutions contain usually one term only, rather than a series containing infinitely many terms. Further, the fundamental solutions of a problem are, in general, easier to derive than the T-complete functions of that problem. Finally, several examples are presented to assess the performance of the proposed method, and the obtained numerical results show good numerical accuracy and remarkable insensitivity to mesh distortion. 展开更多
关键词 hybrid fem fundamental solution variational functional heat conduction
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FUNDAMENTAL SOLUTION BASED GRADED ELEMENT MODEL FOR STEADY-STATE HEAT TRANSFER IN FGM 被引量:9
2
作者 Leilei Cao Hui Wang Qing-Hua Qi 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI 2012年第4期377-392,共16页
A novel hybrid graded element model is developed in this paper for investigating thermal behavior of functionally graded materials (FGMs). The model can handle a spatially varying material property field of FGMs. In... A novel hybrid graded element model is developed in this paper for investigating thermal behavior of functionally graded materials (FGMs). The model can handle a spatially varying material property field of FGMs. In the proposed approach, a new variational functional is first constructed for generating corresponding finite element model. Then, a graded element is formulated based on two sets of independent temperature fields. One is known as intra-element temperature field defined within the element domain; the other is the so-called frame field defined on the element boundary only. The intra-element temperature field is constructed using the linear combination of fundamental solutions, while the independent frame field is separately used as the boundary interpolation functions of the element to ensure the field continuity over the interelement boundary. Due to the properties of fundamental solutions, the domain integrals appearing in the variational functional can be converted into boundary integrals which can significantly simplify the calculation of generalized element stiffness matrix. The proposed model can simulate the graded material properties naturally due to the use of the graded element in the finite element (FE) model. Moreover, it inherits all the advantages of the hybrid Trefftz finite element method (HT-FEM) over the conventional FEM and boundary element method (BEM). Finally, several examples are presented to assess the performance of the proposed method, and the obtained numerical results show a good numerical accuracy. 展开更多
关键词 graded element hybrid fem heat conduction functionally graded materials
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大宽跨比独塔斜拉桥超宽正交异性钢箱结合梁受力分析 被引量:2
3
作者 尚致朝 陈立 +2 位作者 陈钒 李廷钰 田勇 《钢结构(中英文)》 2021年第9期19-24,共6页
独塔斜拉桥的几何非对称特性导致其应力和变形不同于一般同类桥,大宽跨比正交异性钢箱梁的薄壁结构使得其受力及变形更为复杂,用常规方法难以精确给出变形和应力值。贾鲁河大桥即是这样一个例子,而且复杂性进一步增加。120 m的主跨分成... 独塔斜拉桥的几何非对称特性导致其应力和变形不同于一般同类桥,大宽跨比正交异性钢箱梁的薄壁结构使得其受力及变形更为复杂,用常规方法难以精确给出变形和应力值。贾鲁河大桥即是这样一个例子,而且复杂性进一步增加。120 m的主跨分成三部分:从主塔开始的100m是正交异性钢箱梁,紧接的8m过渡段与12m的混凝土梁段衔接,后者系从对岸墩台伸出的悬臂段。由于钢箱梁宽度达54.8m,且未直接支撑在对岸桥墩上,而是通过一个8m长、54.8m宽的过渡梁段间接与混凝土伸臂梁连接,属于小范围内刚度不同的三种材料的连接,由此形成的两道连接缝不但削弱了结构的整体性,而且使对准和控制环节多,进一步增加了施工控制的难度。研究表明:钢箱梁横向变形基本一致,最大横向变形相对差值为-2.8 mm,施工时可不设横向预拱度;自重作用引起的钢箱梁最大Mises应力为93.7 MPa,二期恒载和活载作用下的最大Mises应力约为自重引起的1/4,表明钢箱梁应力具有较大的安全富余度;当U肋高度在260~320 mm范围变化时,桥面系位移变化幅度不超过5%,桥面板最大应力变化幅度不超过8%,此范围内U肋高度变化对桥面系位移和应力的影响均较小,内在原因是U肋的高低变化与横梁能提供的刚度是互补的,正好说明该正交异性钢箱梁具有显著的板的特征,设计上宜采用此范围内的U肋高度。 展开更多
关键词 大宽跨比 正交异性钢箱梁 有限混合单元 U肋设计高度
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Supersonic Flutter of a Spherical Shell Partially Filled with Fluid
4
作者 Mohamed Menaa Aouni A. Lakis 《American Journal of Computational Mathematics》 2014年第3期153-182,共30页
In the present study, a hybrid ?nite element method is applied to investigate the dynamic behavior of a spherical shell partially filled with fluid and subjected to external supersonic airflow. The structural formulat... In the present study, a hybrid ?nite element method is applied to investigate the dynamic behavior of a spherical shell partially filled with fluid and subjected to external supersonic airflow. The structural formulation is a combination of linear spherical shell theory and the classic finite element method. In this hybrid method, the nodal displacements are derived from exact solution of spherical shell theory rather than approximated by polynomial functions. Therefore, the number of elements is a function of the complexity of the structure and it is not necessary to take a large number of elements to get rapid convergence. Linearized first-order potential (piston) theory with the curvature correction term is coupled with the structural model to account for aerodynamic loading. It is assumed that the fluid is incompressible and has no free surface effect. Fluid is considered as a velocity potential at each node of the shell element where its motion is expressed in terms of nodal elastic displacements at the ?uid-structure interface. Numerical simulation is done and vibration frequencies are obtained. The results are validated using numerical and theoretical data available in literature. The investigation is carried out for spherical shells with different boundary conditions, geometries, filling ratios, flow parameters, and radius to thickness ratios. Results show that the spherical shell loses its stability through coupled-mode flutter. This proposed hybrid finite element method can be used efficiently for analyzing the flutter of spherical shells employed in aerospace structures at less computational cost than other commercial FEM software. 展开更多
关键词 Vibration SPHERICAL SHELL FLUTTER hybrid fem
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基于重叠边界的有限元与离散元耦合异步长并行计算方法 被引量:1
5
作者 李佟 金先龙 +2 位作者 王小卫 潘浚铭 杨培中 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期419-426,共8页
为了减少有限元和离散元耦合领域问题的计算时间,本文建立了有限元-离散元耦合异步长并行计算方法。整个计算模型分为有限元和离散元两类计算区域,根据每个子域单元特性选择合适的积分时间步长。每个子分区均采用显式时间积分格式进行求... 为了减少有限元和离散元耦合领域问题的计算时间,本文建立了有限元-离散元耦合异步长并行计算方法。整个计算模型分为有限元和离散元两类计算区域,根据每个子域单元特性选择合适的积分时间步长。每个子分区均采用显式时间积分格式进行求解,采用重叠边界法处理边界耦合问题,不涉及子循环过程的插值和截断过程。数值算例表明该方法在保证高精度的同时有效降低了计算时间。 展开更多
关键词 有限元-离散元 重叠边界 异步长 并行计算
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船舶舱室周期加筋板隔声性能数值分析 被引量:5
6
作者 高处 苏楠 王志超 《船舶》 2017年第2期38-42,共5页
利用数值方法研究船舶舱室典型加筋壁板的隔声性能,将舱室壁板简化为单向周期加筋板进行考察,建立单向周期加筋板的有限元(FE)和统计能量(SEA)混合分析模型,以散射声场作为激励计算其隔声量。使用正交试验的方法,抽样计算不同结构参数... 利用数值方法研究船舶舱室典型加筋壁板的隔声性能,将舱室壁板简化为单向周期加筋板进行考察,建立单向周期加筋板的有限元(FE)和统计能量(SEA)混合分析模型,以散射声场作为激励计算其隔声量。使用正交试验的方法,抽样计算不同结构参数的单向周期加筋板的隔声量,取其计算结果在倍频程中心频率处的平均值作为考虑吻合效应的船舶舱室典型加筋舱壁的隔声量,为总体设计阶段的舱室噪声预报提供更有力的数据支撑。 展开更多
关键词 加筋板 隔声量 有限元与统计能量混合方法 正交试验 吻合效应
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Hybrid graded element model for transient heat conduction in functionally graded materials 被引量:4
7
作者 Lei-Lei Cao Qing-Hua Qin Ning Zhao 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第1期128-139,共12页
This paper presents a hybrid graded element model for the transient heat conduction problem in functionally graded materials (FGMs). First, a Laplace transform approach is used to handle the time variable. Then, a f... This paper presents a hybrid graded element model for the transient heat conduction problem in functionally graded materials (FGMs). First, a Laplace transform approach is used to handle the time variable. Then, a fundamental solution in Laplace space for FGMs is constructed. Next, a hybrid graded element is formulated based on the obtained fundamental solution and a frame field. As a result, the graded properties of FGMs are naturally reflected by using the fundamental solution to interpolate the intra-element field. Further, Stefest's algorithm is employed to convert the results in Laplace space back into the time-space domain. Finally, the performance of the proposed method is assessed by several benchmark examples. The results demonstrate well the efficiency and accuracy of the proposed method. 展开更多
关键词 Graded element model Functionally graded materials hybrid fem Transient heat conduction
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声学黑洞俘能器在气垫船舱室噪声控制中的应用研究 被引量:2
8
作者 赵业楠 杨德庆 王博涵 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期58-67,共10页
声学黑洞俘能器利用结构阻抗变化实现声波的聚集并消耗振动能量。论文建立某型气垫船全船中高频声学统计能量分析(SEA)模型,将数值预报结果与实船测试数据对比,以验证模型准确性。针对目标舱室噪声频谱特性,设计声学黑洞俘能器进行降噪... 声学黑洞俘能器利用结构阻抗变化实现声波的聚集并消耗振动能量。论文建立某型气垫船全船中高频声学统计能量分析(SEA)模型,将数值预报结果与实船测试数据对比,以验证模型准确性。针对目标舱室噪声频谱特性,设计声学黑洞俘能器进行降噪处理,探讨了声学黑洞俘能器在中高频域对船舶舱室噪声控制的效果。对声学黑洞浮能器进行有限元离散,建立声学黑洞俘能器-气垫船声学分析的有限元-统计能量(FE-SEA)混合数值模型探讨了声学黑洞俘能器在中高频域对船舶舱室噪声控制的效果。研究表明,FE-SEA混合模型可保证船舶在中高频舱室噪声计算时的精度,且大幅度降低计算量。对比声学黑洞俘能器施加前、后气垫船的舱室噪声,安装声学黑洞俘能器可降低目标舱室噪声10.54 dBA。声学黑洞俘能器的降噪性能良好,具有较好的工程应用前景,研究结果可为船舶降噪提供参考。 展开更多
关键词 声学黑洞俘能器 舱室噪声 混合fem-SEA法 统计能量分析 有限元方法
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有限元—解析结合法求解ZnO电阻片介电系数 被引量:2
9
作者 韩社教 张西元 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第5期61-63,共3页
在已知电阻片电容量的情况下 ,采用有限元—解析结合解法求解其介电系数。并以此为参数用有限元法分析计算了某氧化锌避雷器 (MOA)电阻片的电压承担率 。
关键词 氧化锌避雷器 有限元 解析结合法 介电系数 氧化锌电阻片
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生物组织热传导问题的数值仿真 被引量:1
10
作者 曹蕾蕾 张涛 +1 位作者 刘琼 张学敏 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2013年第2期221-225,共5页
针对生物组织热传导方程解析解无法获得的问题,提出了将Laplace变换与杂交有限元相结合的数值求解算法。首先,利用Lapace变换对生物组织热传导方程进行处理,将时间域内的边值问题转化为Laplace空间内;接着,利用杂交元方法在Laplace空间... 针对生物组织热传导方程解析解无法获得的问题,提出了将Laplace变换与杂交有限元相结合的数值求解算法。首先,利用Lapace变换对生物组织热传导方程进行处理,将时间域内的边值问题转化为Laplace空间内;接着,利用杂交元方法在Laplace空间对此新的边值问题进行求解;然后,通过Stehfest算法进行Laplace反变换,将结果变换会时间域中,从而得到生物组织的温度分布。最后,以皮肤组织的热传导问题为例,利用Matlab编制程序对其温度场分布进行数值仿真,算例结果表明肿瘤病变会改变皮肤组织的温度分布,即肿瘤处的温度较周围组织明显升高。仿真结果表明LT和HFEM相结合算法的正确性和有效性,为非入侵式医疗诊断提供了依据。 展开更多
关键词 拉普拉斯变换 杂交有限元法 生物热传导 温度场分布
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电大尺寸目标电磁散射的区域分解计算
11
作者 崔晶 鞠智芹 《雷达与对抗》 2007年第1期13-16,51,共5页
提出了电大尺寸目标电磁散射的有限元区域分解计算方法。分析了子区域的有限元解法,建立了区域分解耦合的边界方程,导出了相应的耦合矩阵,并采用了内视法还原了耦合矩阵对称、稀疏的特征,最后研究了不同类型大尺寸目标的雷达散射截面问... 提出了电大尺寸目标电磁散射的有限元区域分解计算方法。分析了子区域的有限元解法,建立了区域分解耦合的边界方程,导出了相应的耦合矩阵,并采用了内视法还原了耦合矩阵对称、稀疏的特征,最后研究了不同类型大尺寸目标的雷达散射截面问题并与公开文献结果进行了分析比较。 展开更多
关键词 电磁散射 区域分解 有限元/边界元 内观法
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二维散射问题的有限元/边界元方程组求解
12
作者 刘鹏 许家栋 马国忠 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第4期594-598,共5页
应用有限元/边界元混合方法计算复杂结构的二维散射问题。有限元处理虚拟边界内部区域,边界元引入辐射条件。采用内视法求解有限元/边界元方程组,减轻了边界元满阵带来的不利影响。文中给出了一般情况下TE、TM 波的求解公式,... 应用有限元/边界元混合方法计算复杂结构的二维散射问题。有限元处理虚拟边界内部区域,边界元引入辐射条件。采用内视法求解有限元/边界元方程组,减轻了边界元满阵带来的不利影响。文中给出了一般情况下TE、TM 波的求解公式,算例结果与公开文献一致。 展开更多
关键词 有限元 边界元 电磁散射 二维散射 联立方程组
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混合硬化弹塑性本构关系及其在环件冷辗扩模拟中的应用 被引量:9
13
作者 李宏伟 杨合 +2 位作者 郭玲 李兰云 郭良刚 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第7期119-125,共7页
采用数值模拟方法和混合硬化弹塑性本构关系,提出了基于弹性张量的应力补偿更新算法,引入等向强化系数,给出了有限元计算步骤,基于ABAQUS/Explicit平台开发了子程序VUMAT,并在单个单元模型中验证了其可靠性。将其应用于环件冷辗扩过程... 采用数值模拟方法和混合硬化弹塑性本构关系,提出了基于弹性张量的应力补偿更新算法,引入等向强化系数,给出了有限元计算步骤,基于ABAQUS/Explicit平台开发了子程序VUMAT,并在单个单元模型中验证了其可靠性。将其应用于环件冷辗扩过程模拟中,着重研究了等向强化系数对环件冷辗扩成形的影响规律。结果表明,随着等向强化系数的增大,辗扩力、辗扩力矩增大,鱼尾形状系数减小,环件外圈金属受各向异性硬化影响较大,进而从理论上进行了解释。研究结论指出该研究对环件冷辗扩成形工艺具有指导意义。 展开更多
关键词 环件冷辗扩 本构关系 混合硬化 有限元法
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计算混凝土湿热耦合变形的解析-有限元结合解法 被引量:5
14
作者 陈德鹏 钱春香 +1 位作者 缪昌文 刘加平 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第A02期89-95,共7页
根据混凝土的多孔介质特点和多孔介质湿热传输理论,给出了一种计算混凝土湿热耦合变形的解析-有限元结合解法.该方法的计算过程包括"温湿度分布的解析法求解"、"湿度分布向湿度应力转换的公式计算"和"湿热耦... 根据混凝土的多孔介质特点和多孔介质湿热传输理论,给出了一种计算混凝土湿热耦合变形的解析-有限元结合解法.该方法的计算过程包括"温湿度分布的解析法求解"、"湿度分布向湿度应力转换的公式计算"和"湿热耦合变形的有限元分析"三部分.同时介绍了基于VisualBasic调用Matlab和ANSYS的编程策略通过混合编程开发的混凝土湿热耦合计算分析程序CTMSoft.根据所提出的解析-有限元结合解法,利用自行开发的CTMSoft程序对实际工程结构混凝土变形进行了数值计算,与现场实测及光纤光栅监测结果的对比分析表明了该计算方法和程序的合理性和有效性. 展开更多
关键词 湿热耦合 混凝土变形 解析-有限元结合解法 数值模拟
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壳单元的“自锁”问题
15
作者 陈大鹏 潘亦甦 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 1993年第1期1-5,共5页
本文以杂交/混合有限元为基础,讨论了壳单元的“自锁”现象,论证了避免“自锁”的条件;指出与弯曲应力参数相耦合的膜应力参数和横剪应力参数对“自锁”现象不起任何作用。本文的结论可以推广到其他多变量有限元模型中。
关键词 自锁 混合有限元法
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基于混合有限元解析法的永磁同步电机永磁体电涡流损耗估计 被引量:2
16
作者 冯页帆 王天真 +2 位作者 谢卫 Huu Kien BUI Nicolas BERNARD 《电机与控制应用》 2019年第5期1-10,共10页
永磁同步电机永磁体受限于热约束,无法在温度较高的环境下运行,故需减少永磁体上的电涡流损耗,从而降低永磁体上的温度。针对使用有限元法对永磁体电涡流损耗估算时间较长,以及使用解析法估算时难以达到与有限元法相同的精度,采用混合... 永磁同步电机永磁体受限于热约束,无法在温度较高的环境下运行,故需减少永磁体上的电涡流损耗,从而降低永磁体上的温度。针对使用有限元法对永磁体电涡流损耗估算时间较长,以及使用解析法估算时难以达到与有限元法相同的精度,采用混合有限元解析法估算永磁体上的电涡流损耗。结合电涡流的反作用,在模拟电机旋转时,无需重复划分三角形区域;使用MATLAB软件仿真模拟,将混合有限元解析法与Galerkin有限元法对比,减少三角形区域划分的个数。由此验证了永磁体上电涡流损耗符合端部效应以及集肤效应的特征,在保证精度的同时,减少了仿真的时间。 展开更多
关键词 永磁同步电机 混合有限元解析法 电涡流损耗 仿真时间
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皮肤表面温度场分布的数值仿真 被引量:1
17
作者 赵宁 曹蕾蕾 +1 位作者 郭辉 贾清健 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2011年第11期148-152,共5页
研究皮肤表面温度分布,有效识别病变区,针对生物组织的热传导问题,为了准确判断生物组织健康状态,提出了一种新的求解生物组织热传导方程的数值方法。通过时间步进法对佩恩生物热传导方程进行时间离散。采用径向基函数的线性组合对非齐... 研究皮肤表面温度分布,有效识别病变区,针对生物组织的热传导问题,为了准确判断生物组织健康状态,提出了一种新的求解生物组织热传导方程的数值方法。通过时间步进法对佩恩生物热传导方程进行时间离散。采用径向基函数的线性组合对非齐次解进行近似,用Trefftz有限元法求解方程的齐次解。可分别以健康皮肤和肿瘤病变皮肤为例,利用Matlab编制程序,对温度分布进行数值仿真,结果表明血流注入率越大,生物组织的温度越低。肿瘤病变会影响生物组织的温度分布。试验证明,肿瘤处的温度较周围组织的温度高。所得结果验证了方法的正确性和有效性,为非入侵式医疗诊断提供了依据。 展开更多
关键词 径向基函数 杂交有限元法 生物热传导方程 温度场分布
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椭圆类夹杂分析的杂交应力有限元方法 被引量:1
18
作者 平学成 陈梦成 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期60-66,共7页
论文给出了一种分析椭圆类夹杂周边应力场的新型杂交应力有限元方法.基于弹性力学中平面问题的Muskhelishvili复势方法,应用保角变换映射技术,以Laurent级数和Faber级数为工具,借助Hellinger-Reissner原理构建一个能够反映椭圆类夹杂周... 论文给出了一种分析椭圆类夹杂周边应力场的新型杂交应力有限元方法.基于弹性力学中平面问题的Muskhelishvili复势方法,应用保角变换映射技术,以Laurent级数和Faber级数为工具,借助Hellinger-Reissner原理构建一个能够反映椭圆类夹杂周边弹性现象同时包含椭圆夹杂的多边形超级单元.将该超级单元与标准的4结点杂交应力单元耦合在一起即可建立一种分析椭圆类夹杂周边弹性场的新型特殊杂交应力有限元方法.文中考核算例表明:该文方法不但使用简单、有效,而且精度高、单元少.作为论文方法的一个拓展应用,文章最后给出了一个分析含二个椭圆夹杂无限大各向同性板在远场均布载荷作用下椭圆夹杂周边弹性场的算例,并讨论了椭圆夹杂间距和弹性刚度比对应力集中系数的影响. 展开更多
关键词 复势函数 级数解 椭圆夹杂 应力集中系数 杂交应力有限元
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一种适用于岩土力学无界域的有限元与边界元耦合法的具体实现 被引量:1
19
作者 高华林 方祖烈 《岩土力学》 EI CSCD 1996年第4期35-40,共6页
针对有限元与边界元耦合法在岩土力学无异域中应用的具体实现问题进行了研究,提出了在微机上实现的具体措施和需建立的程序模块,将有限元与边界元耦合法计算结果、有限元计算结果与理论解析解进行了比较。
关键词 有限元 边界元法 无界域 耦合法 岩土力学
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