配点型广义节点无网格法的基本原理及其应用

借鉴流形方法思想,引入广义节点的概念,对传统的无网格法进行了改进,建立了可具有任意高阶多项式插值函数的广义节点无网格方法。同时采用径向插值函数构造具有插值特性的逼近函数;采用配点法建立系统的离散方程。在阐述了这种方法基本原理的同时,针对线弹性力学问题给出了这种方法的数值计算列式。与传统无网格方法相比,这种方法更具有一般性;同时由于采用了配点法而不需要背景积分网格,所以可以认为这种方法是某种真正意义上的无网格法。当选取0阶广义节点位移插值函数时便可得到传统的无网格法;在不增加支持域内节点数目的条件下,通过选取高阶广义节点位移插值函数可以提高计算精度。最后通过算例分析,对0阶、1阶及2阶广义节点无网格法与现有的有关解答进行了对比,论证了其合理性。

无网格法在盾构刀盘结构分析中的适用性研究

盾构刀盘结构的CAE分析主要采用有限元法,其中网格质量对计算结果影响较大,需花费大量时间对模型进行前处理以满足计算要求。以某盾构刀盘为例,基于SimSolid软件采用无网格法进行静力学和模态分析。结果显示:相比有限元法,无网格法前处理时间缩短90%以上,应力偏差在7.5%以内,整体变形偏差最大不超过2.5 mm;模态振型一致,频率相差在7.3%以内。无网格法精度高,可用于刀盘结构的强度、刚度分析,能够提高设计效率,具有重要的工程意义。

广义节点无网格法在土力学固结分析中的应用

借鉴流形方法思想,引入广义节点的概念,对传统的无网格法进行了改进,建立了可具有任意高阶多项式插值函数的广义节点无网格方法。与传统无网格方法相比,广义节点无网格方法更具有一般性,当选取0阶广义节点位移插值函数时便可得到传统的无网格法。结合土工固结问题,通过推导建立了Biot固结方程的数值计算列式,对静态固结问题进行数值计算,通过对比分析验证了所建议方法的可行性。

广义节点无网格法基本原理及其应用

借鉴流形方法思想,引入广义节点的概念,对传统的无网格法进行了改进,建立了可具有任意高阶多项式插值函数的广义节点无网格方法,在阐述这种方法基本原理的同时,针对线弹性力学问题给出了其计算列式.与传统无网格方法相比,这种方法更具有一般性,当选取0阶广义节点位移插值函数时便可得到传统的无网格法;可以通过提高广义节点位移插值函数的阶数降低完备基函数的次数,从而可减少支持域内节点的数目并保证计算精度.最后通过一端承受剪力悬臂梁和中间开口无穷板算例分析,论证了这种方法的合理性.

无网格法在金属成形塑性分析中的应用

比较了有限元法与无网格法在金属成形应用中的优缺点,分析描述了无网格法在金属弹塑性变形、金属体积成形、板料成形等金属成形加工方面的应用现状,并阐述了无网格法的不足、亟待继续深入解决的问题以及未来的展望。

加权最小二乘无网格法

在最小二乘法和移动最小二乘近似的基础上提出了加权最小二乘无网格法。该方法除节点外又引入了一些辅助点,控制方程在所有节点和辅助点处的残差用最小二乘法予以消除,边界条件用罚函数法引入。另外对移动最小二乘近似进行了改进,并给出了最小二乘法中泛函的简化格式,因而提高了计算效率。与配点法相比,新方法精度高,稳定性好,并且系数矩阵是对称正定矩阵。与Galerkin法相比,该方法不需要进行高斯积分,因而计算量小。算例表明该方法具有效率高、精度高和稳定性好等优点,并且易于实现。

无网格法的理论及应用

详细论述了近年来迅速发展的无网格法的理论基础及其在各个领域内的应用.无网格法网格依赖性弱,避免了传统的有限元、边界元等基于网格的数值方法中可能出现的网格畸变和扭曲,在一些有限元、边界元等方法难以较好处理的领域体现出独特的优势.以加权余量法为主线归纳了已有的30多种无网格法,各类无网格法的主要区别在于使用了不同的加权余量法和近似函数.详尽介绍了各种无网格近似方案(包括移动最小二乘近似、核近似和重构核近似、单位分解近似、径向基函数近似、点插值近似、自然邻接点插值近似等)和无网格法中常用的各类加权余量法(伽辽金格式、配点格式、局部弱形式、加权最小二乘格式和边界积分格式等),并讨论了数值积分方法和边界条件的处理等问题.在此基础上较系统地总结了无网格法在冲击爆炸、裂纹传播、超大变形、结构优化、流固耦合、生物力学和微纳米力学等领域的应用,展示了无网格法相对于传统数值方法的优势.

无网格法研究进展及其应用

从加权残量法的角度出发,系统地总结了现有各种无网格法的基本格式,阐明了无网格法的特点,论述了无网格法的研究进展,给出了无网格法在碰撞、动态裂纹扩展、金属加工成型、流体力学以及其它领域中的应用。

起伏地形下各向异性的2D大地电磁无网格法数值模拟

作为一种基于节点的计算方法,无网格法具有构造高阶导数方便,自适应分析便利的优点,特别适合复杂地质构造的数值模拟.本文针对实际地球物理勘探中存在的起伏地形和各向异性的地电结构,提出用无网格法来模拟大地电磁响应,采用复合二次径向基函数构造了形函数,推导了大地电磁无网格法等价线性方程组,研究了系数矩阵的压缩存储方法以及大型稀疏复线性方程组快速求解算法,实现了起伏地形下各向异性的2D大地电磁高精度数值模拟.基于层状模型验证了算法的正确性,计算结果表明:无论是TM模式还是TE模式,计算相对误差均小于1%;通过对地垒和地堑模型的模拟,得出了起伏地形对视电阻率和相位的影响规律;对起伏地形下含有不同各向异性系数异常体的模型进行了数值模拟,为开展复杂地质结构的电磁场特征研究以及地形校正奠定了理论基础.随着计算科学的快速发展,无网格法必将成为新的高精度电磁场数值模拟方法.

无网格法在弹塑性问题中的应用

在弹塑性问题中引入无网格法 ,得到了弹塑性无网格法的控制方程 ;计算了中心裂纹板的塑性区分布以及极限荷载 ;

无网格法在断裂力学中的应用

采用罚函数法满足无网格法的本征边界条件，给出了罚参数的选择方案。对单裂纹体的应力场进行了分析，讨论了积分围线对应力强度因子计算结果的影响。数值结果表明，该方法可以有效地计算裂纹尖端的应力集中和应力强度因子，并能准确地模拟裂纹的传播。

基于无网格法的含缺陷岩石变形局部化数值模拟研究

利用自主开发的基于无网格法的岩石力学计算分析程序,采用Mohr-Coulomb破坏准则,考虑材料塑性屈服后的软化特性,研究单轴压缩条件下含一个缺陷的岩石试样的变形特性,探讨含缺陷材料的岩石变形局部化的演化规律。计算结果表明,岩石试件的破坏是一个渐进破坏的过程;加载过程中试件中的缺陷弱粒子首先出现粒子破坏并产生声发射,随加载进行试件产生微裂隙并扩张形成一个变形局部化带,局部化带扩张、发展,最终形成一个明显的剪切破坏带,缺陷粒子对试件的破坏起到了控制作用。岩石的声发射记录了岩石材料的塑性破坏过程,岩石试件的剪切破坏带与塑性区的发展具有非常类似的规律,但塑性区面积要大于剪切破坏带,从所处位置来看剪切破坏带位于塑性区之内,通过研究声发射特征信息发现变形局部化发生在应力-加载步(应变)达到峰值强度前。

无网格法的研究进展

对现有的无网格法（Meshless methods）进行了综述。描述了无网格法的近似方案、权函数的选择、变分形式和离散方程以及数值求解的实现。研究了无网格法对不连续问题和边界条件的处理、无网格法与有限元法的耦合。采用Element-free Galerkin（无网格伽辽金,EFG）方法编制了相应程序,并给出了两个计算例子。在现有研究的基础上提出了无网格法未来发展的几个方向。

基于Delaunay三角化的无网格法计算结果后处理

最近新发展起来的无网格方法由于不需要显式网格 ,节省了网格生成所需的大量时间 ,并且避免了网格畸变问题 ,所以在处理一些特殊问题如移动边界、大变形、高梯度等方面显示出特殊的优越性。但另一方面也使得计算结果的全域后处理遇到困难。提出了一种基于Delaunay三角形背景网格的实用无网格计算结果后处理方法 ,以无网格离散节点为顶点生成Delaunay三角形 ,将无网格法计算得到的节点应力值映射插值得到三角形内的应力场云图颜色。

水平受荷桩的非线性无网格法分析

首先利用移动最小二乘近似得到求解域内的全局近似函数,再采用迦辽金法对控制方程离散,以获得无网格迦辽金方法的基本计算方程,并考虑到基桩承受水平荷载过程中的挠曲变形,探讨了无网格法在大变形问题中的具体实现;最后以湖南益阳茅草街大桥的水平静载荷试验为工程背景,采用本文理论编制考虑非线性大变形的无网格法计算程序对其进行分析。计算结果与现场实测数据吻合良好,验证了该方法的合理性与有效性,并指出桩周土体的强度和软化对基桩水平承载力的影响很大,可供工程参考。

交叉裂隙渗流无网格法初探

作为两相介质的裂隙岩体,裂隙渗流是岩体渗流的主体。由于岩体的网状裂隙用传统的方法难以模拟复杂裂隙系统的水流特征。为此,基于岩体随机裂隙三维网络数值模拟,提取裂隙二维网络,并试用基于移动最小二乘近似的最小二乘法之无网格法来模拟岩体中交叉裂隙的渗流规律,通过自行编制的程序进行了简单示例与工程实例的试算,获得了较好的模拟结果,证实了无网格法模拟岩体裂隙流的可行性。

无网格法及其最新进展

无网格法具有许多独特的优点,因此有人认为无网格法将成为继有限元法之后新一代的数值方法.到目前为止,已提出了不下十几种无网格法,这些无网格法各有不同的优缺点.本文评述几种主要无网格法(着重应用于固体力学中的基于弱式的无网格法),将它们适当地分类,论述典型的无网格形状函数的构造方法,介绍无网格法的发展现状,评价已提出无网格法的优缺点,并比较典型无网格法的相同和不同点,以及讨论无网格法发展所面临的问题等.最后就无网格法的发展趋势进行了展望.

棒材拉拔问题的弹塑性无网格法分析

建立了一种基于初始构形及热力学第二定律的有限变形的弹塑性本构关系,并由空间描述的Galerkin能量弱变分原理,经一致转换得一整体拉格朗日方程描述下的平衡方程。同时经线性化处理给出了显示中心差分法求解格式,以棒材通过锥形模的拉拔成形为例,对拉拔成形中的材料特性参数、减缩率、拉模锥角、摩擦和拉拔力相互作用以及回弹量等进行了全面的EFG法数值模拟,从而证明了有限变形弹塑性:EFG法对实际金属塑性成形工艺分析、优化及设计的有效性。

基于点插值的配点型无网格法解Helmholtz问题

基于点插值法的思想,用三角函数作为基函数在局部支持域内构造具有Kroneckerδ函数性、单位分解性、高阶连续性、再生性和紧支性的形函数。用配点法离散微分方程,得到了具有稀疏带状性的系数矩阵,用GMERS方法求解代数方程组,分别研究了Helmholtz问题的边界层问题和波传播问题。通过数值算例可以发现,给出的数值结果非常接近于精确解,且随着节点的增加,其精确度越来越高,具有良好的收敛性。

基于局部自然邻近无网格法的形状优化

把自然邻近无网格法中控制方程的局部积分'弱'形式应用于连续型物质导数法灵敏度分析中,使用直接微分法导出了基于局部子域积分方程的连续型灵敏度分析公式,采用自然邻近无网格法对其离散求解,以获得各结点处的灵敏度信息。使用该灵敏度分析方法,把自然邻近无网格法与非线性规划理论相结合,采用约束变尺度序列二次规划法,构建了一种形状优化方法。算例表明,该灵敏度计算方法只使用离散结点信息,计算精度高,无需额外的背景积分网格,优化过程不需要网格重构,具有较高的收敛速度,使用较少的设计变量就可以获得良好的优化效果。