基于非四边形的逆向细分

在实际应用中,大部分细分后的网格是四边形网格与其它的三角形等非四边形网格的混合结构,本文根据这一特点,提出了逆向Doo-Sabin和逆向Midedge细分算法,并且通过实例证明该算法是有效可行的。

裂缝性油藏非结构四边形网格数值模拟研究

在裂缝性油藏数值模拟中,引入非结构四边形网格系统是目前高精度数值模拟研究的热点,它能对复杂油藏边界、交叉裂缝、多条裂缝、多方向分布裂缝、复杂分支结构井等条件下任意连通区域进行网格剖分,相对其他非结构网格,它需要的网格数量少,且精度更高。建立连续介质模型和离散裂缝模型相结合的混合渗流模型并数值离散求解发现,非结构四边形网格的引入导致数值模拟计算效率严重下降。针对此问题,提出了3种解决方案:改进Paving算法的裂缝末端形态变形法、二维和三维网格编号重新排序方法和MPI并行计算方法,计算效率平均提高70%。

非结构四边形网格下的一类保对称有限体元格式

针对定常扩散问题,在非结构四边形网格下,通过选取特殊的控制体和有限体元空间,建立两种保对称有限体元格式,在拟一致网格剖分下,当扩散系数光滑时,证明有限体元解函数在L2和H1范数下均具有饱和误差阶.数值实验验证理论结果的正确性,同时表明新格式对扭曲大变形四边形网格、间断系数问题具有较强的适应性.在正交网格下,第二种格式对流(flux)函数在单元中心点的值还具有超逼近性.

含地形起伏的MT模型非规则四边形FEM正演与反演

从大地电磁(MT)边值问题满足的变分方程出发,采用非规则四边形网格、双线性插值有限单元法(FEM)开展复杂起伏地形MT模型正演,探讨二维Jacobian变换行列式的计算方法,推导任意非规则四边形单元的插值方式及单元系数矩阵表达式,实现起伏地形MT模型的高精度正演。然后,介绍光滑约束的Tikhonov正则化反演算法,针对反演中正则化参数选取困难的问题,将广泛应用的L-curve法引入反演的正则化参数选取中。研究结果表明:L-curve法的曲线中曲率最大的拐点准确地指示了最优正则化参数;L-curve法选取的最优正则化参数对应的反演结果与原模型所示结果吻合度最高,反演效果最好。

一种新的非结构四边形网格生成方法及软件

提出一种间接生成非结构四边形网格的方法.采用Delaunay三角形网格生成的算法生成三角形单元,在三角形单元中定义生成四边形网格的前沿,根据三角形的特点(边、角大小)以及生成四边形前沿的方向,将两个三角形合并为一个四边形单元.此方法的特点是不增加节点,仅改变点与点之间的拓扑连接,使单元基本变为四边形占优的单元.然后研究四边形占优的网格转换为100%的四边形网格的转换模版.并应用于实际物理问题.数值实验显示了该方法生成非结构四边形网格的特点.

基于非结构化四边形网格的VOF法

提出了一种基于非结构化四边形网格的VOF法,用以模拟二维自由表面流动问题。由于非结构化四边形网格在拟合任意复杂曲线边界上的优势,此法能够在不进行任何边界处理和不引入任何人工糙度的情况下直接、准确地求解具有任意边界形状的界面对流问题。此法采用PLIC法来重构界面,以保证界面具有二阶空间精度;采用MLER法来对流流体体积,以提高算法的体积守恒性。此外,为了提高算法的计算效率,文中针对非结构化四边形网格提出了一种确定界面截距的解析方法。大应变界面对流数值实验表明:此法具有较高的体积守恒精度和二阶的形状误差收敛率。

P_1非协调四边形元解Stokes问题的多重网格算法

研究了用P1-Q0元(其中P1表示P1非协调四边形元)解Stokes问题的多重网格算法.由于P1-Q0元不满足LBB条件,因此其不能直接用来求解Stokes问题.本文基于曾提出的一种P1-Q0元解Stokes问题的非协调混合有限元稳定化逼近方法,提出了W循环多重网格方法,证明了该方法的最优收敛性.最后给出的数值算例验证了该理论结果.

重力坝问题的非结构分层四边形高阶亚参元分析

首先详细论述了一种通过增加棱内"虚节点"和面内"虚节点"方式得到的四边形升阶谱单元及相应的阶谱函数。然后,结合矩阵的一维稀疏存储技术(CSR格式),设计了一种分层四边形高阶亚参元方法,并编制了相应的FORTRAN语言程序进行了实现。该方法具有很好的承袭性,即在生成高阶单元特性矩阵时始终能够承袭低阶单元的特性矩阵,这样可减少计算量,大大提高了编程和计算效率。最后,通过将所设计的方法应用于重力坝/腹拱坝问题的求解,验证了本文方法具有与相应常规有限元方法一样高的计算精度,且当使用分层Q8元和分层Q12元时,随着网格的加密,坝踵及坝趾区产生应力集中的区域明显缩小,坝踵-坝趾线段上的第一主应力和y方向应力也基本重合,能很好地解决坝踵及坝趾区的应力集中,可为数值求解重力坝实际问题提供一种高效分析方法。

曲率相关的爆轰波在非结构四边形网格上的数值方法

假设爆轰波阵面的法向速度是曲率的线性函数,在非结构四边形网格上采用水平集方法模拟爆轰波阵面的运动过程.水平集方程的曲率无关项采用正格式离散,曲率项采用伽辽金等参有限元方法空间离散,时间离散采用半隐格式.在笛卡儿网格和随机网格上,含曲率的水平集方程的离散格式为强一阶精度,重新初始化方程的离散格式精度为近似一阶精度.曲率收缩的不光滑界面和多个爆轰波阵面相互作用的算例说明格式可有效地模拟爆轰波与曲率相关的运动.

Mortar型非协调四边形元多重网格方法(英文)

讨论了Mortar型四边形元的多重网格方法.针对非嵌套的Mortar元空间,提出了一种网格转移算子,并证明了W循环和可变的V循环多重网格方法是最优的.数值实验验证了我们的理论结果.

求解不可压流体的一个非协调四边形混合元

针对几乎不可压的流体Stokes问题,提出了一个新的四边形非协调混合元格式,证明了数值逼近的稳定性和收敛性,对于压力和速度均得到了最优的误差估计.

四边形隶属函数的构造

首先给出了四边形的标准模型库,接着给出了一个角的对角、邻角的表示。再根据各规则四边形的几何性质及给定的约束条件建立了标准模型库中各规则四边形的隶属函数,进而给出了非规则四边形的隶属函数。

一类特殊四边形

揭示了特殊四边形 (一组对边及一组对角分别相等的非平行四边形 )的一些内在性质 。

基于卷积完全匹配层的非规则网格时域有限元探地雷达数值模拟

复频移完全匹配层(Complex Frequency-Shifted PML,CFS-PML)在长时间时域计算中对凋落波、倏失波具有好的吸收效果,并被广泛应用于时域有限差分模拟中.而本文采用卷积方法将CFS-PML应用于时域有限元求解GPR波动方程的数值模拟中.论文以TM波为例,推导了基于CPML(Convolutional PML)边界的时域有限元GPR波动方程求解公式,采用Newmark-β方法对时间导数进行离散,有效改善了时域有限元GPR数值计算程序的稳定性.并以狭长模型为例,开展了CPML边界中关键参数m、R和κ的选取实验,通过对比反射误差大小确定了综合最优参数组合.相同时刻UPML与CPML波场快照、3个检测点的反射误差比较,说明CPML较UPML具有更好的吸收效果.最后,采用非规则四边形网格对1个复杂GPR模型进行剖分,应用加载CPML边界条件的FETD程序对该模型进行了正演,得到了二维剖面法、宽角法正演GPR剖面图,说明非规则四边形对复杂模型的良好适应性,基于CPML边界条件的FETD可有效减少边界反射误差,能实现对任意复杂不规则模型的正演模拟.

解Stokes问题的P_1非协调四边形元的稳定化方法

本文研究了用P_1-Q_0元(其中P_1表示P_1非协调四边形元)解Stokes问题的非协调混合有限元稳定化逼近方法.P_1-Q_0元不满足LBB条件(见[7,14]),因而其不能直接用来求解Stokes问题.受[3]的启发,我们提出了一种用P_1-Q_0元解Stokes问题的稳定化方法,证明了这种方法的稳定性和离散问题解的存在唯一性,得到了最优误差估计.文章最后给出的数值算例验证了我们的理论结果.

Naver-Stokes方程的非协调四边形元的稳定化方法

作者给出了解Navier-Stokes方程的非协调混合四边形有限元(P1-Q0和P1-Q1,其中P1表示P1非协调四边形元)的稳定化方法.P1-Q0和P1-Q1不满足inf-sup条件,因而所给的稳定化方法绕开了inf-sup条件对P1-Q0和P1-Q1元的限制.作者证明了该方法的稳定性和解的存在唯一性,并得到了最优误差估计.

基于非结构四边形网格的WENO格式

基于非结构四边形网格发展求解双曲守恒律的三阶加权基本无振荡（WENO）格式.针对任意非结构四边形网格选取重构模板,并给出基于线性多项式的三阶线性重构.但对于一般的非结构四边形网格,会出现非常大的线性权和负权,使得非线性重构的WENO格式对光滑问题也不稳定.本文给出一个处理非常大的线性权的优化重构方法,对优化后得到的负线性权采用分裂方法进行处理.对于非线性权,提出一种考虑局部网格和物理量间断的新光滑度量因子.采用优化重构方法和新的非线性权,当前的三阶WENO格式在质量很差的网格上也具有很好的稳定性.理论的三阶精度在数值精度测试算例中得到验证,同时一范数和无穷范数的误差绝对值不依赖于网格质量;具有强间断的数值结果证明了当前格式的有效性.

含曲率的水平集方程在非结构四边形网格上的数值离散方法

在非结构四边形网格上,含曲率的水平集方程采用伽辽金等参有限元方法空间离散,时间离散采用半隐格式.离散形成的线性方程组的系数矩阵是对称的稀疏矩阵,采用共轭梯度法求解.数值算例表明,在笛卡儿网格和随机网格上,含曲率的水平集方程离散格式可达到近似二阶精度.重新初始化方程的离散格式精度可达到近似一阶精度.给出了非结构四边形网格上不光滑界面以曲率收缩的运动过程.在不采用重新初始化的情况下,收缩过程未出现不稳定现象.

线弹性问题的locking-free双参数元(英文)

文中运用双参数法提出了一个4参数的四边形非协调有限元,讨论了该单元对纯位移边界条件下的均匀介质线弹性方程的逼近问题.证明了在材料几乎不可压时单元对弹性问题的一致最优收敛性,数值试验验证了理论分析结果.并通过构造后处理算子,得到了超收敛结果.所有的分析结果都可以推广到三维情形.

适用于具有复杂海底边界的自由表面流动模拟方法

提出了一种适用于具有复杂海底边界的自由表面流动模拟算法?基于非结构化四边形网格的VOF法。利用非结构化四边形网格在拟合曲线边界上的优势,此法能够在不引入任何边界处理和人工耗散的条件下,直接求解具有任意复杂海底边界的自由表面流动问题。该算法采用MLER法来对流界面,提高了VOF算法的体积守恒精度。大应变界面对流数值实验结果表明,该算法体积守恒性较好,且具有二阶的形状误差收敛率。