极限下限分析的区域光滑径向点插值法

极限分析的高效数值计算方法在结构设计和安全评定中具有非常重要的作用.为了更加有效地求解极限分析问题,将区域光滑径向点插值法与二阶锥规划相结合,提出了理想弹塑性结构极限下限分析的一种新方法.将问题域离散为简单的三角形背景单元,每个单元进一步划分成若干个光滑域.为了将复杂的域积分转化为简单的边界积分,并且避免计算形函数的导数,采用广义梯度光滑技术对每个光滑域进行应变光滑处理.由于径向点插值法构造的形函数满足Kronecker delta性质,本质边界条件可以直接施加.依据下限定理,在满足以等效积分弱形式表达的自平衡应力场平衡条件的基础上,用二阶锥规划成功构建了极限分析下限法的计算模型,从而可方便地通过基于原始-对偶内点法的数学规划求解器MOSEK直接求解该问题.数值算例结果表明,本文所提方法有效地克服了维数障碍问题,具有较高的计算精度,并且计算结果对网格畸变十分不敏感.

功能梯度材料中的无网格局部径向点插值法

提出一种新的无网格局部径向点插值法来分析功能梯度材料．这种无网格方法采用径向基函数耦合多项式基函数来近似试函数,采用Heaviside函数作为加权残值法中的权函数．构造成的形函数具有Kronecker Delta性质,不再需要额外的处理来施加本质边界条件．若不考虑体力,则所形成的整体刚度矩阵只包含局部边界积分,而不包含局部域积分和奇异积分．在计算过程中,取局部边界积分中的高斯点的材料参数来模拟问题域材料特性的变化．结果表明,这是一种真正的无网格方法,具有模拟简单,计算精度高等优点．

用无网格径向点插值法分析中厚板的弯曲问题

利用无网格径向点插值方法对四边固支和四边简支中厚方板以及悬臂中厚梯形板的挠度和应力进行了分析和计算.编制了该方法的计算机程序,研究了计算结果的精度和收敛性.由于该方法是采用径向基函数耦合多项式基函数来构造形函数,其插值函数具有Kronecker Delta函数性质,可以和有限元法一样很方便地施加本质边界条件.而且该方法是基于节点信息而不是基于单元或网格信息,所以用该方法求解薄板问题时也可以避免剪切自锁现象.算例结果表明,用无网格径向点插值法分析中厚板的挠度和应力问题所得计算结果与已有文献解以及有限元解都十分地吻合,并且具有效率高、精度高、收敛性好和易于实现等优点.

基于径向基函数的点插值(RPIM)无网格法

基于径向函数的点插值法(RPIM)是一种新型无网格法。它有效地解决了点插值法(PIM)中遇到的最大困难:系数矩阵奇异性问题。此外,由于插值具有δ函数的性质,从而克服了以往无网格法中难以实现的位移边界条件的难点。本文简单介绍了PIM,重点阐述了RPIM的基本原理,并用算例表明了该法具有效率高、精度高和稳定性好等优点,在工程中具有广阔的应用前景。

弹性力学问题的径向点插值法

径向点插值法是一种新型的无网格方法。该法构造出的形函数具有δ函数特性,克服了以往无网格方法难以实现位移边界条件的难点。此外,由于其插值函数采用径向基和多项式基的线性组合,从而完全有效地解决了单纯采用多项式基的点插值法在计算插值函数时矩阵易于奇异的问题。本文介绍了该方法基本原理,并尝试将该方法应用于弹性力学问题的求解,推导出了其相应的离散方程,最后用算例初步验证了该方法的有效性与合理性。

径向点插值法在波浪传播数值模拟中的应用

针对波浪数值模拟中基于矩形网格的数值方法在深水到浅水的网格间距选择与复杂边界处理上的缺陷,以及基于正交曲线网格和无结构网格的数值方法前处理工作复杂的问题,引入最近在计算力学中发展起来的无网格法——径向点插值法,对经典的双曲型缓坡方程进行空间离散,并在时间上采用四阶Adams-Bashforth-Moulton格式求解建立近岸波浪传播数学模型,通过椭圆形浅滩地形和环形河道的波浪传播计算验证,表明该无网格方法可较为有效地模拟近岸波浪的传播变形,且在处理复杂边界时具有较高的精度。

基于多项式基的径向点插值法及其应用

无单元法的形函数通常不具有插值特性,施加本质边界条件困难。将径向基函数与多项式基函数相耦合,构造新的形函数,不但有效地克服了这一困难,而且发挥了两种基函数各自的优势。将其应用于弹性力学问题Galerkin弱形式中,避免了采用多项式基引起的力矩矩阵的不可逆问题。由于构造出的形函数及其导函数形式简单,具有Kronecker delta插值性质,可直接施加本质边界条件,计算量大幅减小,从而提高了无单元法的计算效率。最后以悬臂梁受均布载荷为例,验证了这种耦合方法不但有效,而且数值结果稳定、计算精度高。

用无网格局部径向点插值法分析非均质中厚板的弯曲问题

用无网格局部径向点插值法分析了非均质中厚板的弯曲问题.利用虚位移原理推导了中厚板的离散系统方程.采用径向基函数耦合多项式基函数来近似试函数,用四次样条函数作为加权残值公式中的权函数.所构造成的形函数具有Kronecker delta性质,可以很方便地施加本质边界条件.此方法不需要任何形式的网格划分,所有的积分都在规则形状的子域及其边界上进行,是一种真正的无网格方法.在计算过程中,取积分中的高斯点的材料参数来模拟问题域材料特性的变化.算例结果表明这种无网格方法具有效率高、精度高和易于实现等优点.

轴对称问题中的耦合多项式基的径向点插值法

文章采用耦合多项式基的径向点插值法分析轴对称问题,得到固体力学中轴对称问题的无网格离散方程,依据厚壁圆筒的受力特点对其进行简化,建立了无网格数值模型;研究了其受均匀外压时的径向应力和环向应力分布以及径向位移分布,对其计算结果进行分析,并与有限元计算结果进行对比,取得了令人满意的结果;验证了耦合多项式基的径向点插值法在工程轴对称问题中的应用可行性。数值算例结果表明,该方法计算精度较高、稳定性好,具有很好的应用前景。

高速公路沉降的非线性等阶径向点插值法解

无单元法一个突出的优点在于其只需要结点信息而不需要单元信息。先介绍等阶径向点插值法这种新型无单元的形函数构造思路,接着给出了它非线性求解平面比奥固结问题的主要方程,然后对一软基高速公路的断面沉降进行了计算,并与非线性有限元法结果进行了对比。可以看出该法不但计算精度高,而且在解路堤分级施工的这类移动边界问题的沉降时,比有限元法更方便,具有较好的应用前景。

用等阶径向点插值法计算高速公路断面沉降

无单元法只需要结点信息,而不需要单元信息,比较适合岩土工程数值分析。介绍了等阶多项式基的径向点插值法(ERPIM)的基本理论,给出了该法求解Biot固结方程的基本格式,并把它应用到软基高速公路断面的沉降计算中,同时与有限元法解进行了分析、对比。结果表明该法不但计算精度高,而且在求解路堤分级施工的这类移动边界问题的沉降时,比有限元法更方便。最后指出了需进一步研究的问题。

一种预报水下声辐射的无网格弱式径向点插值方法

提出了一种预报结构水下声辐射的径向点插值法(radial point interpolation method, RPIM)耦合MDtN(modified Dirichlet-to-Neumann)边界条件的无网格弱式方法。在RPIM-MDtN方法中,采用人工边界将结构外部无限问题域截断为有限计算域,利用RPIM构造声形函数,并在截断边界处施加MDtN边界条件,以提高计算精度和确保声波自由衰减及解的唯一性。在该方法中,声场量的插值无需使用网格或场点的连接属性。研究了该方法性能的影响因素,采用算例对该方法的有效性进行了验证。结果表明:与有限元法相比,该方法具有计算精度高和收敛速度快的优势,对声波数的敏感度显著降低;在要求高精度时,该方法具有计算效率的优势。

用无网格局部径向点插值法分析功能梯度材料问题

采用无网格局部径向点插值法来分析功能梯度材料问题.这种无网格方法采用径向基函数耦合多项式基函数来近似试函数,采用三次样条函数作为加权残值法中的权函数.所构造成的形函数具有Kronecker Delta性质,方便处理本质边界条件.在计算过程中,取积分中的高斯点的材料参数来模拟问题域材料特性的变化.结果表明这是一种真正的无网格方法,模拟简单而且计算精度高.

无网格局部径向点插值法求解Helmholtz方程

采用无网格局部径向点插值法(LRPIM)求解Helmholtz方程,这种无网格方法采用径向基函数耦合多项式基函数作为近似函数,并采用四次样条函数作为加权残值法中的权函数,运用局部Petrov-Galerkin方法推导出相应的离散方程,由于所构造的形函数满足Kronecker Delta性质,可以很方便地施加本质边界条件.此方法不需要积分网格,是一种真正的无网格法.数值结果表明,LRPIM法求解Helmholtz方程具有简洁、精度高和易于实现等优点.

声学数值计算的分区光滑径向点插值无网格法

针对标准的有限元法分析声学问题时由于数值色散导致高波数计算结果不可靠问题,将分区光滑径向点插值法(cell-based smoothed radial point interpolation method,CS-RPIM)应用到二维声学分析中,推导了分区光滑径向点插值法分析二维声学问题的原理公式。该方法将问题域划分为三角形背景单元,每个单元进一步分成若干个光滑域,对每个光滑域进行声压梯度光滑处理,运用光滑Galerkin弱形式构造系统方程,并按有限元中方法施加必要的边界条件。CS-RPIM提供了合适的模型硬度,能有效降低色散效应,提高计算精度。对管道和二维轿车声学问题的数值分析结果表明,与标准有限元法相比,CS-RPIM具有更高的精度和准确度,在高波数计算时这种优势特别明显。

带有多项式基的径向点插值无网格方法

带有多项式基的径向点插值无网格方法是一种新的数值方法。文章介绍其基本原理,并将该方法应用于二维弹性静力问题的求解,推导出其相应的离散方程,最后用算例表明,该法具有一定的发展前景。

中厚板的耦合多项式基径向点插值无网格法

采用Mindlin平板理论,通过最小位能原理建立了各向同性中厚板的伽辽金整体弱式方程,形函数采用耦合多项式基的径向点插值法构造,可以直接施加本质边界条件.算例表明,用耦合多项式基的径向点插值无网格法分析中厚板问题,具有效率高、精度高和易于实现等优点,可以避免薄板弯曲时的剪切自锁现象.

径向点插值无网格法在热传导问题中的应用

径向点插值是一种新型的无网格法。由于插值函数采用径向基和多项式基的线性组合,从而有效地解决了点插值中系数矩阵奇异性问题,而且由于插值具有δ函数性质,从而很容易处理本质边界条件。通过分析径向点插值法计算原理,给出其在热传导问题中的应用,最后用算例初步验证了该方法的有效性与合理性。

预报振动噪声的径向基点插值无网格与无限元耦合方法

为克服传统的有限元耦合无限元方法中的单元匹配问题,研究了径向基点插值法和无限元法的耦合规律,提出了一种预报无限域结构振动噪声的径向基点插值无网格与可变阶无限声波包络单元耦合方法,推导了预报声压的计算公式。为提高声场预报精度和满足声波在无限域的自由衰减,结构外部无限声场分为使用无网格表示的近场和可变阶声波包络单元离散的远场。在该耦合方法中,通过在近场与远场之间的交界面上配置虚拟网格来构造具有连续性的声压形函数,确保了声压的连续与一致性。采用数值仿真和试验对该耦合方法进行了验证,结果表明该耦合方法拥有无网格法的高精度和可变阶声波包络单元法满足声波自由衰减的特点,具有良好的精度和收敛性,可用于实际噪声预报。

径向点插值无网格法在中厚板弯曲问题中的应用

利用无网格径向点插值方法对两邻边固定另两邻边自由和两邻边简支另两邻边自由的中厚方板进行了挠度分析和计算,研究了计算结果的精度和收敛性.算例结果表明,用无网格径向点插值法分析中厚板的挠度问题所得计算结果与有限元解十分吻合,并具有效率高、精度高、收敛性好和易于实现等优点.