基于流形覆盖思想的无网格方法的研究

:本文基于流形思想 ,利用有限覆盖 ,单位分解等概念 ,引入建立在覆盖上的覆盖函数和具有紧支撑特性的单位分解函数 ,建立场量逼近的近似表达。由弱形式的 Galerkin变分得到数值分析模型 ,结合边界条件用于边值问题的求解。由此建立了一类新的无网格数值方法。论文采用这种方法分析了平面弹性问题。分析了体积闭锁现象 ,h、p型收敛性等。提出了一种选择覆盖大小的方案 ,且对狭长域采用了椭圆覆盖形式 。

平面裂纹问题的h,p,hp型自适应无网格方法的研究

无网格方法以其独特的优点：不需“网格”（即节点间的连接信息）划分，特别适合自适应的分析．在分析中只需在高梯度域简单地插入离散点（ｈ型）或保持模型节点数、分布、覆盖大小均不变，只增加高误差覆盖上的覆盖函数的多项式阶次（ｐ型），便可以得到更高精度的数值模型．针对平面弹性问题发展和推导一种显式后验误差指示公式，对平面裂纹实例进行了ｈ型，ｐ型，ｈｐ型三种不同类型的无网格自适应分析．数值分析结果表明了这种自适应无网格方法的有效性．

无网格方法求解稳定渗流问题

使用无单元伽辽金 (EFG)方法求解圆形油藏中心井和矩形油藏裂缝井两种稳定渗流模型。在中心井模型计算过程中 ,观察到采用对数等分布置节点是最有效的 ;计算结果与理论解和有限元解相比较 ,表明无网格方法是一种比有限元更为精确的方法。裂缝井模型通过在初始节点基础之上加密节点 ,获得了比较好的结果 。

无网格方法及其在体积成形中的应用

应用有限元模拟体积成形时 ,由于坯料变形很大导致网格畸变 ,使得解题效率和计算精度大大降低。作为一种新兴的数值计算方法 ,无网格计算只需将求解域离散为独立的节点 ,因此适用于分析大变形问题 ,位移场利用节点值通过函数拟合得到 ,可以保证在整个求解域内连续 ,同时后处理计算具有简单和精度高的优点。本文简要介绍无网格方法的基本原理 ,包括位移场的逼近、泛函的积分及边界条件的处理 ,最后分析了圆柱体镦粗过程 。

基于核重构思想的最小二乘配点型无网格方法

介绍重构核点法的基本原理和近似函数的构造方法,并基于核重构思想,应用配点法和最小二乘原理,离散微分方程,建立求解的代数方程,提出了一种基于核重构思想的最小二乘配点型无网格方法.与一般配点法相比,该方法的系数矩阵是有对称正定的,计算精度高,稳定性好.该方法的实施不需要背景网格,不需要进行高斯积分,与Galerkin法相比,具有计算量小、边界条件处理简单的特点,是一种真正的无网格法.对该方法构造过程中的近似函数及其导数的计算、修正函数的计算及方法的实现等问题进行了探讨.文中结合若干典型算例,检验了该方法的有效性.

Kriging插值无网格方法及其在力学边值问题中的应用

在传统的无网格Galerkin法中,采用滑动Kriging插值方法构造形函数,并与无网格方法相结合建立一种新的无网格方法。依此方法所构造的形函数具有Kroneckerδ-函数属性,便于直接施加强制边界条件。结合弹性力学边值问题,阐述该方法的基本原理,进而通过算例计算与分析,考察该方法的计算精度及其效率。

单向轴压条件下内置椭圆三维裂纹扩展无网格方法的研究

根据三维裂纹前沿局部坐标系中主法平面内的周向应力计算公式,可以确定主法平面内的最大周向应力σθ,并由最大周向拉应力裂纹破裂准则确定裂隙岩体的破裂载荷和裂纹的破裂方向以及破裂步长。在三维无网格方法的节点的影响域中,选择合适的节点密度,以确保计算精度,并对单向轴压条件下内置三维裂纹扩展进行了数值模拟研究。根据数值计算结果,分析了破裂载荷、裂纹扩展角和扩展步长,揭示了内置三维裂纹的破裂过程,结合插值法清楚地展示了三维裂纹的破裂曲面形态。研究结果表明,针对三维裂纹破裂过程和破裂曲面形态无网格方法数值计算结果与FLAC-3D计算结果和试验结果吻合较好。

无网格方法在流动和传热问题中的应用

综述了无网格方法在导热、辐射、对流扩散及不可压缩流动问题数值计算中的应用。给出不可压缩流动问题对流项的处理方法。简要介绍笔者对传热与流动问题的计算结果,研究结果表明:与有限容积法相比,无网格方法在计算不规则区域导热问题时有更高的计算精度,但它需要更多的计算时间;同时,无网格方法在计算不可压缩流动问题时还不成熟和完善,特别在计算对流项占优流动问题时,需要构建更好的对流项格式去提高计算的精度,同时压力项也需要特别处理以克服振荡压力场的产生。

金属体积成形过程的自适应无网格方法

采用动态显式自适应无网格RKPM方法的计算格式,在有效误差估计模型的基础上进行节点加密,采用区域分解思想确定新的计算模型中节点的影响域半径,对金属体积成形过程进行了全过程的计算机模拟。Taylor Bar冲击的自适应无网格计算结果与实验结果吻合良好,有效地验证了该方法的正确性和可行性。挤压算例的计算结果也表明该算法能提高计算精度和改善板内应变能误差。

动边界低渗透油藏的无网格方法数值模拟

针对具有动边界的低渗透问题,给出了无量纲化的渗流控制方程、初始条件以及边界条件,使用无网格方法进行数值模拟。计算结果使用Gringarten-Bourdet图版进行井底压力分析,给出了一种计算动边界位置的方法,并详细讨论了动边界变化情况。

无网格方法中本质边界条件的处理

基于新的离散模定义,采用移动最小二乘近似方法,给出了场变量的近似表达形式;从约束变分原理出发,给出了无网格方法中新的本质边界条件的处理方案——罚函数法;对权函数、罚函数的选择对计算精度的影响进行了研究。数值计算结果表明该方法不仅简单合理,而且具有较高的精度和稳定性。

影响无网格方法求解精度的因素分析

基于移动最小二乘法的无网格方法的计算精度除受到节点的分布密度和基底函数的阶次影响外,还受到其它因素的影响,其中权函数的选取、权函数影响域的大小及位移边界条件的引入对计算精度影响较大。本文分析了几种常用权函数在数值计算时的特点,包括计算精度、收敛情况、计算效率等,同时分析了影响域大小及边界条件的引入对计算精度的影响。通过分析给出了确定权函数及其影响域大小的方法。当受约束的自由度较多时,通过配点法引入位移边界条件会引起计算结果的振荡,通过施加稳定项可以消除振荡现象,通过对带孔方板的受力分析证明了其可行性。应用以上结论对J23-10曲柄压力机机身进行了受力分析,应力集中部位的计算结果得到了较高的精度。

基于核重构思想的配点型无网格方法的研究——一维问题

无网格方法按其离散原理可分为Galerkin型、配点型等。其中Galerkin型无网格方法的实施需要背景网格,不属于真正的无网格法;配点型无网格方法的实施不需要背景网格,是真正的无网格法。本文首先介绍了重构核点法的基本原理,然后基于核重构思想,与配点法相结合,以一维问题为例,研究了配点型无网格方法,对该方法构造过程中的近似函数及其导数的计算、修正函数的计算及方法的实现等问题进行了探讨。并结合若干典型算例,检验了其计算精度与收敛姓。

一种基于颗粒接触的二维无网格方法及其在高速冲击模拟中的应用

为解决基于连续介质力学的离散元方法（CDEM）在高速冲击模拟中因网格畸变导致的系统能量发散问题,提出了一种基于颗粒接触的二维无网格方法（PCMM）。该方法基于颗粒间复杂丰富的接触信息构建三角形单元,通过接触对的演化更新实现旧单元（满足删除条件的单元）的删除及新单元（满足创建条件的单元）的重建,通过在单元内引入流体弹塑性模型实现高速冲击问题的模拟。给出了三角形单元创建的3个必备条件：组成单元的3个颗粒必须彼此接触,任意一个内角必须在30°~150°之间,任意一条边长必须大于平均半径的0.5倍。弹性杆撞击、泰勒杆、碎片云、子弹入射靶板等算例的结果表明了PCMM方法在模拟高速冲击问题方面的正确性及合理性。

三维最小二乘无网格方法精度与误差分析

为了得到最小二乘无网格方法在求解三维Euler方程时的计算精度及其应用于三维流场求解的准确性,通过数学方法对该无网格方法在正交等间距离散点分布情况下的计算精度进行了论证,给出了基于正交等间距和非正交均匀布点的4个三维验证算例。并将该文计算结果与其他网格方法得到的计算结果和理论结果进行了比较,两种方法得到的计算结果吻合较好,与理论结果的误差在合理范围以内。结果表明将最小二乘无网格方法应用于三维流场的求解是完全可行的。

无网格方法数值结果的可视化方法与实现

科学计算可视化是科学计算中不可缺少的一个组成部分,其主要任务是将数值模拟产生的大量复杂的数据信息通过计算机技术转换成图形、图像信息。无网格方法是一种基于点的数值计算方法,各离散点之间没有联结信息,其数值结果的可视化后处理是一件很困难的事情,尤其当离散点随机分布时,更是如此。Delaunay 三角化是十分理想的散乱数据的可视化工具,它可以根据一组随机分布的离散点数据生成唯一的近似等边三角形。首先介绍了 Voronoi 图与 Delaunay 三角化的基本原理,然后介绍了实现 Delaunay 三角剖分的算法及无网格方法数值结果可视化的实现方法,最后给出了无网格方法可视化的若干应用实例。

带源参数的二维热传导反问题的无网格方法

利用无网格有限点法求解带源参数的二维热传导反问题,推导了相应的离散方程.与其它基于网格的方法相比,有限点法采用移动最小二乘法构造形函数,只需要节点信息,不需要划分网格,用配点法离散控制方程,可以直接施加边界条件,不需要在区域内部求积分.用有限点法求解二维热传导反问题具有数值实现简单、计算量小、可以任意布置节点等优点.最后通过算例验证了该方法的有效性.

一种应变重构点插值无网格方法(SC-PIM)

将有限元法(FEM)和基于节点的光滑点插值方法(NS-PIM)相结合,提出一种应变重构点插值无网格方法(SC-PIM).通过引入可调参数,假设应变场为协调应变和光滑应变的线性组合,讨论了SC-PIM的收敛性、上下界特性及超收敛性.

二维MLSPH无网格方法

给出MLSPH无网格方法的控制方程、移动最小二乘近似、MLSPH守恒格式等,重点研究MLSPH守恒格式中MLS面积向量的数值求解方法,以提高求解的精度.对激波管问题和平面Noh问题进行模拟,得到较好的结果,确定用三次样条积分公式计算面积向量.

岩土体渗流自由面问题的重心插值无网格方法

岩土体的渗透破坏、地下工程的防渗设计等无不与渗流计算有关。针对渗流自由面问题,提出一种重心拉格朗日插值的配点型无网格方法。由于渗流自由面问题的求解区域是不规则区域,该方法通过将不规则求解区域嵌入一个正则矩形区域,在正则区域上采用重心拉格朗日插值近似未知函数,利用配点法离散渗流问题的控制方程,将重心拉格朗日插值的微分矩阵离散成代数方程表达的矩阵形式。将自由面上的边界条件通过重心拉格朗日插值离散,通过置换方程法和附加方程法施加边界条件,利用正则区域上的重心插值配点法,通过迭代确定最终自由面的位置。数值算例表明所提出的无网格方法对于求解渗流自由面问题的正确性和高精度。