Taylor展开随机径向基点插值无网格法在随机非稳态热传导中的应用

用Taylor展开随机径向基点插值无网格法(TSRPIM)对随机温度场进行了分析.径向基点插值是一种新型的无网格法,采用耦合径向基函数和多项式基函数构造近似函数,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Delta函数性质,可以直接施加本质边界条件.同时利用Taylor展开法,建立了随机结构分析的Taylor展开随机径向基点插值无网格法(TSRPIM).数值实例表明在随机温度场分析方面随机无网格法具有明显的优势.

边界元耦合径向基点插值无网格法在求解声散射问题中的应用

边界元耦合有限元方法(BEM-FEM)在求解无限域弹性结构声散射问题中得到广泛应用。传统有限元方法的计算精度依赖网格的类型和质量,而无网格方法离散问题域时不需要传统意义上的网格划分,其形函数构造不依赖网格且相对灵活。因此无网格方法相比传统有限元方法可以减少网格划分成本并减缓数值污染效应。将边界元方法(BEM)和径向基点插值无网格法(RPIM)结合,形成边界元耦合径向基点插值无网格法(BEMRPIM),用于求解无限域弹性结构声散射问题。本文分别从计算精度、收敛性和对不规则节点分布的适应性对BEM-RPIM和BEM-FEM进行比较,结果表明提出的BEM-RPIM在求解声散射问题中优于BEM-FEM。

试函数扩展的径向基点插值无网格-有限元耦合法在断裂力学的应用

为了发挥无网格法和有限元法各自的优势,提出径向基点插值无网格法与有限元直接耦合的计算方法(RPM-EFM)。无网格法只需要节点信息,无需单元信息,克服了有限元计算中网格畸变和重新生成带来的困难,故其在分析裂纹扩展和局部大变形等问题方面具有优势。应用试函数扩展的径向基点插值无网格法与有限元法耦合(ERPM-FEM),对含边裂纹的矩形板的裂纹尖端应力场和应力强度因子进行计算分析,结果与精确解高度吻合,且效率更高。

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.

稳定磁流体局部径向基点插值法误差影响因素分析

稳定磁流体流动方程局部径向基方法的关键参数对计算结果误差影响较大,确定这些参数的最优值将提高计算精度。通过对具体磁流体流动数值仿真计算分析局部径向基算法典型参数对计算结果精度的影响,并得到其变化规律,最终确定了LRPIM法计算磁流体流动典型参数的最优值。

径向基点插值法在旋转柔性梁动力学中的应用

将无网格径向基点插值法用于旋转柔性梁的动力学分析.利用无网格方法对柔性梁的变形场进行离散,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,并计入横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类拉格朗日方程推导得到系统刚柔耦合动力学方程.将无网格径向基点插值法的仿真结果有限元法和假设模态法进行比较分析,说明假设模态法的局限性,并表明其作为一种柔性体离散方法在刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性,并讨论了径向基形状参数的影响.同时运用3种求解系统动力学方程的方法:纽马克方法、4阶龙格库塔法、亚当姆斯预报校正法,并比较各方法的计算效率,结果表明纽马克方法最快.

径向基点插值法计算效率的改进方法

伽辽金弱形式和径向基点插值法(Radial basis point interpolation method,RPIM)的无网格法在解决偏微分方程问题中表现出良好的性能,但是在同时提高计算效率和精度方面存在困难。为了提高此类无网格法的计算效率,本文定义了一种基于背景网格的定义域,在计算定义域内的积分点插值时采用同一批节点,在插值计算过程中减少了部分矩阵计算次数,降低了RPIM无网格法的计算时间。在提高计算精度方面,本文提出一种杂交应力的无网格方法,用Hellinger-Reissner(H-R)变分原理推导求解方程,采用无网格方法求解。数值算例表明,本文方法计算二维固体力学时,在具备良好的计算精度的同时提高了计算速度,具有较高的实际应用价值。

电导率连续变化大地电磁无网格法数值模拟

针对地下空间目标体多为电性参数连续变化且分布形态复杂等特点,结合无网格法物性参数加载方便、计算精度较高、自适应分析便利等优势,基于径向基函数构造了连续导电模型下的形函数,推导了等价线性方程组,进行了电导率连续变化的二维大地电磁数值模拟,给出了形状参数最优值.通过电导率连续变化的水平层状模型验证了算法的正确性,计算结果均方根相对误差不超过0.36%,精度优于有限元法.讨论了电导率连续变化的水平模型与均匀分块模型的电磁响应差异,对连续变化的地堑模型和不同倾斜角度下油藏注水模型进行了数值模拟.研究表明:连续变化模型和均匀分块模型差异明显,在实际反演解释中采用连续变化模型有利于提高反演的精度;TM模式的观测方式对于异常体的倾斜分布具有更好的分辨能力;无网格法避免了复杂的模型输入和网格的生成,更适合计算电性参数连续变化和复杂分布的异常体响应,将成为复杂电性和分布形态下电磁探测高精度数值模拟新方法.

基于径向基点插值法的旋转Mindlin板高次刚柔耦合动力学模型

将无网格径向基点插值法(radial point interpolation method, RPIM)用于中心刚体-旋转柔性板的动力学分析.基于浮动坐标系方法和一阶剪切变形理论即Mindlin板理论,考虑剪切变形的影响,并计入板面内变形的非线性耦合变形项,采用径向基点插值法描述板的变形场,保留动能中有关非线性耦合变形项的所有高阶量,通过构造高阶形函数避免了径向基点插值法出现剪切闭锁的现象,建立了既能处理薄板问题又能处理中厚板问题的作大范围运动矩形板的高次刚柔耦合动力学模型.高阶形函数可通过添加高阶多项式的方式获得,静力学算例表明径向基点插值法中添加15项多项式可基本消除剪切闭锁.将零次近似模型、一次近似模型和高次模型的仿真结果对比,说明零次近似模型的缺陷,同时说明高次模型有更广的适用范围,可分析大变形问题.将径向基点插值法的仿真结果与有限元法和假设模态法进行比较分析,说明本文方法的正确性,也表明无网格径向基点插值法作为一种柔性体离散方法在刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性.

随机动力学中FPK方程的径向基点插配点方法求解

应用径向基点插配点方法对随机动力学中的FPK方程进行了求解。所求未知函数的空间插值采用径向基点插近似,而时间导数离散采用差分格式,建立具有带宽特性的代数方程,采用逐次超松弛迭代法(SOR)有效地求解所得到的代数方程。针对线性振子和杜芬振子问题的FPK方程进行了具体的数值求解,计算结果表明了方法的有效性,尤其是散点模型的计算结果表明该方法具有比其它有网格数值方法对非规则离散模型适应性更强的优点。

用径向基点插值配点法解地下水稳定流问题

本文介绍了径向基点插值配点法,将其应用于非均质多孔介质中的二维地下水稳定流问题,算例结果表明,该方法计算效率高,而且有较高的精度。

基于径向基点插值函数的弹性力学Hamilton正则方程无网格法

结合径向基点插值函数和弹性材料修正后的H-R(Hellinger-Reissner)变分原理,推导了Hamilton正则方程的无网格列式。以Multiquadric(MQ)、Gaussian(EXP)和薄板样条(TPS)为基函数,研究了Hamilton体系下无网格方法的收敛性、精确性以及基函数无量纲形状参数对计算结果的影响规律。该文的工作使得无网格有限元法的优越性与弹性力学Hamilton正则方程的半解析法得到了有机的结合,为Hamilton正则方程提出了一种无网格半解析方法。

Galerkin径向边界点法

将边界积分方程的等价变分形式与径向基点插值法相结合,提出了Galerkin径向边界点法.由于径向基点插值法构造的形函数具有Delta函数性质,因此边界条件可以很方便地得到满足;该法也能保持变分问题的对称性和正定性.数值算例验证了该方法的有效性.

重力异常二维正演中的无网格方法

无网格法是一类新型数值算法,具有精度高、高阶形函数构造与物性加载便利等特点,在计算力学领域应用广泛。将无网格方法(PIM、RPIM及EFGM)用于重力异常场二维正演计算:首先从重力异常二维变分问题出发,利用Galerkin法结合高斯积分公式推导了对应的无网格离散系统矩阵表达式;其次通过数值试验得出了RPIM-MQ、RPIM-exp及EFGM-exp形状参数的建议值,最后比较分析了最优形状参数下不同无网格法的计算效果。结果表明:无网格法适用于介质物性分布变化较大的重力异常二维正演,exp函数形状参数c?最优取值区间为[1.5,1.7],?建议值为0.6,MQ函数q取值区间为–4.1～1.9;EFGM较PIM及RPIM具有更高的计算精度。

金属塑性成形过程的无网格LRPIM方法分析

结合微可压缩刚塑性材料的流动法则,利用局部加权残量法推导金属塑性成形过程的离散系统方程。采用径向基函数耦合多项式基函数构造无网格点插值法的形函数,用三次样条函数作为权函数。建立基于无网格局部径向基点插值法(local radial points interpolation method,LRPIM)的二维金属塑性成形离散控制方程,给出关键算法。径向基函数具有δ函数性质,因此可以很方便地施加本质边界条件。所有数值积分都在规则形状的局部域及其边界上进行,不需要积分背景网格,是一种真正的无网格法。对典型塑性成形过程进行LRPIM方法分析,并将数值结果与刚塑性有限元法计算结果和实验数据进行比较,结果吻合良好,表明所提方法的可行性和有效性。

Signorini问题的无网格边界径向点插值法

对一类带非线性互补边界条件的Signorini问题,提出了一种边界型无网格数值方法。该方法首先利用投影算子来处理非线性边界不等式条件,然后将Signorini问题归化为边界积分方程,并用无网格边界径向点插值法求解。数值算例表明该算法具有较高的收敛率和计算效率。

硬磁软材料的三维无网格模型

硬磁软材料由填充了高剩磁颗粒的弹性体基质组成,具有灵活的可编程性和快速变形等优势,在软体机器人、生物医学设备和柔性电子领域具有广阔的应用前景.对硬磁软材料大变形的精确预测是相关应用的关键.由于硬磁柔性结构的可编程形貌变形预测及设计对精度要求较高,本文提出了一种基于径向基点插值法的三维无网格模型来定量预测硬磁软材料的大变形行为.通过采用直接节点积分并结合中心差分法进行求解,研究了硬磁软梁和硬磁悬臂板的弯曲变形,硬磁软杆的扭转变形,以及硬磁软梁在三维非均匀磁化情况下的空间大变形响应.我们的模型不仅可用于定量分析硬磁软材料大变形行为,也可用于指导铁磁软体机器人和柔性结构的理性设计.

一种高效率的RPIM法及其在电磁场中的应用

为了解决径向基点插值型无单元法(RPIM)求解效率不高的问题,引入加速迭代求解的多重网格法思想,将多重节点法引入到该无单元法离散的场中,提出了基于径向基点插值型无单元法的多重节点法。该方法通过聚集式方法来构造粗节点,并通过粗细节点之间的关系来确定限制算子。将该应用到电磁场数值计算中,通过算例分析,验证了该方法可提高径向基点插值型无单元法的求解效率。