二维低波速Helmholtz方程的异质多尺度-内部惩罚间断有限元方法

将异质多尺度方法和内部惩罚间断有限元方法相结合,构造了求解二维低波速Helmholtz方程的异质多尺度-内部惩罚间断有限元方法,并在局部周期条件下给出了算法的最佳误差估计。

具有小周期震荡参数时间分数阶扩散方程的二阶双尺度有限元算法

针对具有小周期参数时间分数阶扩散方程,给出了一个二阶双尺度展开式.基于该二阶双尺度展开式构造出了求解具有小周期参数时间分数阶扩散方程的二阶双尺度有限元算法,通过数值例子表明了该算法是有效的.

具有迅速振荡系数的非自共轭椭圆问题的二阶双尺度计算方法

为了求解具有迅速振荡系数的非自共轭椭圆问题,考虑了非自共轭椭圆问题二阶双尺度近似解的表示式,推导了二阶双尺度近似解的误差估计式,数值试验结果表明给出的近似解是有效的.

基于两阶段响应面方法的结合梁斜拉桥多尺度有限元模型修正

以灌河大桥为工程背景,建立了结构精细有限元模型和多尺度有限元模型,并进行全桥环境振动试验,以获取结构的实测动力特性.基于两阶段响应面方法,分别对多尺度模型与精确有限元模型之间的误差和初步修正后多尺度模型与实际结构之间的误差进行修正,并将修正后结果与实测值进行比较.结果表明:经过两阶段响应面模型修正后的计算结果与实测结果吻合较好,最大频率相对误差不超过8%,模态保证准则MAC值基本在90%以上,说明两阶段响应面方法能够较好地进行多尺度模型修正,保证修正后的模型参数仍然具有其物理意义;修正后的有限元模型可以进一步应用于多尺度损伤识别及损伤预后,服务于桥梁健康监测及安全评估.

周期结构区域中压电问题的双尺度有限元方法

近年来纤维压电复合材料的力电性能预测已发展为一个重要的研究领域.对力电耦合周期结构的复合材料问题,通过引入匹配的边界层得到了电势与位移解的新型双尺度有限元计算方法,建立了电势与位移的双尺度耦合关系,分析了双尺度有限元解的误差.数值算例验证了方法的有效性.

离散元与壳体有限元结合的多尺度方法及其应用

在深入研究复杂结构和非均质材料冲击响应和破坏机理的过程中,往往遇到多尺度计算问题。本文尝试建立三维离散元与壳体有限元结合的多尺度方法用于处理圆柱壳问题,该方法采用三维离散元对感兴趣的局域进行局部模拟,利用平板壳体有限元进行整体模拟,采用一种特殊的过渡层使离散元区和有限元区能很好的衔接。我们将这一方法应用于激光辐照下充压柱壳的热/力耦合冲击破坏响应,得到的模拟结果与文献报道有较好的吻合。

一类混凝土力学参数的迭代多尺度有限元预测方法

根据多级配骨料混凝土特点,给出了一种迭代多尺度有限元方法预测其等效力学参数。本文首先介绍了多级配骨料混凝土的材料特点并给出了计算混凝土多尺度模型,然后基于多尺度方法介绍了计算混凝土力学参数的计算程序,最后针对小湾大坝中混凝土给出了算例说明了此种方法在预测混凝土等效力学参数的有效性。

求解非均质多孔介质中非饱和水流问题的一种自适应多尺度有限元方法——Ⅰ.数值格式

为了有效地模拟跨越多个尺度的非均质多孔介质中的非饱和水流问题,本文提出一种自适应多尺度有限元方法。该方法能在一个粗尺度网格上精确而有效地获得具有非均质系数的非饱和水流方程的粗尺度解。其基本思路是使用修改的皮卡迭代格式来处理方程中的非线性性和构造一种自适应多尺度基函数来捕捉方程系数中的时空变异性。本文详细地描述了构造这一方法的原理并且给出了一种相应的算法。

离散元与有限元结合的多尺度方法及其应用

在深入研究复杂结构和非均质材料冲击响应和破坏机理的过程中,往往遇到多尺度计算问题.提出并建立起离散元与有限元结合的多尺度方法,该方法采用离散元对感兴趣的局部进行细观尺度的模拟,利用有限元进行宏观的模拟,从而节约了计算时间.采用一种特殊的过渡层衔接离散元区和有限元区.将这一方法应用于激光辐照下预应力铝板的破坏响应,并将得到的模拟结果与实验进行了比较.

求解非均质多孔介质中非饱和水流问题的一种自适应多尺度有限元方法——Ⅱ.数值结果

为了验证作者在本文第Ⅰ部分所提出的自适应多尺度有限元方法的有效性与精确性,在第Ⅱ部分对水力参数是随机生成的呈对数正态分布的非饱和水流问题进行了数值试验。数值算例分别考虑了具有各向同性和各向异性相关结构的水力参数场。计算结果表明:自适应多尺度有限元方法的粗尺度解与参考的细尺度解之间具有很好的一致性:在Dirichlet和Neumann入渗上边界条件下,在粗网格中该方法能够有效地抓住细尺度解的大尺度结构,而且,在每一时间步,只有大约1/6的多尺度基函数需要重新计算。此外,还进一步地讨论了自适应粗网格方法的收敛性和重构细尺度解的可比性。数值结果表明:随着粗网格被细分,粗尺度解将收敛到细尺度的参考解,而重构的细尺度解可以很好地近似参考的细尺度解。

多尺度材料模拟的自适应有限元方法研究

研究了材料模拟中一类新型耦合多尺度的自适应有限元方法.采用微观分子动力学耦合宏观有限元的桥尺度方法来模拟材料破坏的前期行为,其中宏观有限元计算推广到了一般非结构三角形网格.材料破坏形成后,停止微观尺度的计算,它的进一步发展和演化通过一个宏观模型来描述,采用自适应有限元方法来求解这一宏观模型.其中,后验误差估计的基础是变分多尺度理论,即自适应网格加密是基于粗尺度上残差分布和细尺度上单元Green's函数.计算中采用了破坏准则来模拟材料的断裂.数值实验表明了方法的有效性.

基于间断有限元方法的可压缩混合层中大尺度结构和压缩性效应的数值模拟研究（英文）

基于间断有限元方法(DGM),对二维和三维、对流马赫数Mc=0.4和0.8的空间发展的可压缩混合层进行了数值模拟,并对混合层中的大尺度结构及压缩性效应进行了研究。重点观察了大尺度结构随压缩性变化的全景图像,文中采用λ2方法定义三维流动中的大尺度结构,流场中能够观察到大尺度的涡结构森林。当前数值模拟表明混合层的湍动能和雷诺应力随对流马赫数的增加而降低,这对RANS和LES模型的建立具有一定的参考意义。本研究也表明,间断有限元方法能够成功地应用于可压缩湍流的数值模拟。

计算小尺度封闭空间内低频声传递函数的自适应有限元方法研究

如何求解声传递函数成为实现小尺度封闭空间可听化的关键技术。基于Helmholtz方程的有限元法能真实反映出声场内的波动现象,成为求解该问题的有效方法。基于SPR法对求解声传递函数的有限元法进行误差估计;在此基础上结合Helmholtz方程求解的误差理论,提出了求解该问题的自适应有限元法,使用该方法能预测出在各求解频率段内有限元网格的划分情况,从而能满足预先给定的误差要求;使用该方法求解了一个矩形封闭空间内的声传递函数。结果表明提出的方法是有效可行的。

线性弹性问题的异质多尺度—间断有限元方法

在异质多尺度方法的框架下,使用内部惩罚间断有限元方法作为宏观求解器,构造了多尺度线性弹性问题的异质多尺度—间断有限元方法,并且给出了介质是周期情况下的最佳误差估计。

曲线坐标下多孔材料模型特征值问题的二阶双尺度计算方法

本文研究了一般曲线坐标系中具有拟周期孔洞结构的椭圆特征值问题.通过坐标变换,本文在具有周期结构的曲线坐标系中重建了特征值方程,然后利用二阶双尺度渐近展开方法给出了曲线坐标下特征值和对应特征函数的二阶双尺度渐近展开表达式,给出了相应的有限元计算方法.数值实验表明,二阶双尺度方法在解决复杂结构多孔材料模型特征值问题的有效性.

求解非均质多孔介质中随机水流问题的多尺度有限元降基方法

为高效求解地下非均质多孔介质中的随机水流问题,通过构造一组独立于随机参数取样的多尺度有限元降基函数和生成一个降阶多尺度模型,发展了一种多尺度有限元降基方法(RMsBM)。并应用矩阵离散的经验插值方法(MDEIM)仿射分解非仿射的随机参数问题的离散系统以加速降阶模型的在线计算。为评估所提出方法的性能与效率,对随机非均质多孔介质中的饱和水流问题执行了若干数值试验。数值结果表明:所提出的RMsBM通过选择合适的粗网格和最优数目的局部多尺度降基函数,可在维持良好计算精度的同时,显著提高在线计算效率。

Smagorinsky模型的变分多尺度有限元方法

主要研究求解Smagorinsky模型的变分多尺度有限元方法.从理论上给出了有限元逼近解与真解之间的误差估计,并给出了大雷诺数Re=10 000时的数值算例,算例结果验证了所给方法的有效性.

二阶线性双曲方程的H1-Galerkin扩展混合有限元方法

采用H1-Galerkin扩展混合有限元法数值模拟二阶线性双曲方程，该方法的优点在于有限元空间无需满足LBB限制条件，还可以同时高精度逼近压力、压力梯度和Darcy速度．另外，由于该方法不需要对渗透率系数求逆，可适用于求解低渗透率问题．论证表明，该方法具有对压力、压力梯度和Darcy速度的L^2-最优逼近估计．

多尺度内聚力有限元方法在锂离子电池中的应用

锂离子电池电极材料中锂离子扩散与结构应力的耦合作用是影响电池性能和安全的重要因素,为了模拟该过程中的浓度扩散和应力演化,提出了一种基于多尺度内聚力有限元方法的扩散-应力耦合模型,通过将化学能与应变能相结合,分别建立浓度场及应力场控制方程并推导了其有限元格式。以负极材料薄膜硅为例建立了二维的数值算例模型,计算了无晶界和含晶界情况下,不考虑材料损伤的电极材料中由于锂离子嵌入所引起的浓度及应力变化。多尺度有限元模型从原子尺度出发计算结构应力,丰富了材料的本构关系和物理性质,内聚力单元在描述界面处的物理特性如浓度、应力时具有很高的灵活性和有效性,该模型的提出为更准确地理解锂离子电池电极中的锂离子扩散-应力耦合过程提供了理论方法。

Navier-Stokes方程的回溯两水平有限元变分多尺度方法

基于两重网格离散和回溯两水平方法,提出了一种求解大雷诺数不可压缩流定常Navier-Stokes方程的回溯两水平有限元变分多尺度方法.其基本思想是:首先在一粗网格上求解带有亚格子模型稳定项的Navier-Stokes方程,然后在细网格上求解一个亚格子模型稳定化的线性Oseen问题,最后又回到粗网格上求解全线性化校正问题.通过适当的稳定化参数和粗细网格尺寸的选取,这些算法能取得最优渐近收敛阶.我们通过数值模拟,验证了其高效性.