基于FEM-SPH耦合的离心机抛填土料冲击行为数值分析

利用有限元(Finite Element Method,FEM)与光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)耦合的方法对离心机抛填土料动力响应进行分析,数值模型中离心机结构部件采用传统拉格朗日单元,土料采用无网格光滑粒子,实现了无黏性土料连续冲击离心机结构行为的数值再现。基于土料以5 m/s、10 m/s速度分别冲击离心机料斗与土料箱底算例进行分析,获得了离心机抛填结构在土料连续冲击作用下的应力分布和等效冲击载荷;在5 m/s速度冲击料斗冲击过程中,最大应力出现在离心机支撑装置横截面处,料斗结构上产生的最大等效应力为292 MPa;土料10 m/s冲击土料箱计算时,箱体底部铺设的橡胶垫层能降低冲击载荷幅值,实现对土料箱体结构的有效缓冲作用。数值分析结果表明,结合FEM高计算效率特点以及SPH耦合方法易于处理大变形优势,FEM-SPH耦合方法可以实现对土料类离散体冲击大变形行为数值模拟,有助于提高结构动态大变形响应过程模拟的逼真度和置信度。

无网格FEM-BEM法计算舱室空间声传递函数

对于舱室空间低频声场计算问题,通常采用有限元法(FEM)或者边界元法(BEM),但是当封闭空间内部存在其他物体,又需要考虑外部激励对内场的影响时,直接采用单一的前述方法不能满足建模计算要求,而且这些基于网格的方法在前处理、光顺化处理等方面都存在不足。针对这些问题,将有限元和边界元法结合,并将其无网格化,这对于封闭环境的声场预测是一种新的尝试。首先推导了无网格FEM-BEM计算模型,对微分方程的离散、形函数构造等细节进行了详细阐述,然后以实际算例对提出的方法进行了验证,结果表明,无网格FEM-BEM方法和SYSNOISE的计算结果保持一致;进一步与实测结果的对比表明,该方法在低频率范围内,各测点平均声压级相对误差在5.26%以内。这说明,该方法不仅适用于复杂问题的计算,同时还具有良好的计算精度。

无网格法在风电机组轮毂吊具强度分析中的适用性研究

为了研究无网格法在风电机组轮毂吊具强度分析中的适用性,选择具有代表性的两个案例,一个是包含摩擦接触关系的轮毂平吊吊具,另一个是考虑螺栓预紧力的轮毂翻身吊具,分别利用有限元法和无网格法进行强度分析。相比于传统有限元法,无网格法计算时间缩短了约90%,总体变形偏差约1%,应力偏差约在5%以内,螺栓轴向力的平均偏差大约在5%以内。可知无网格法的计算结果具有很高的精度,可以很好地适用于轮毂吊具的强度分析。建议设计工程师采用无网格法进行设计计算,提高设计效率。

无网格法及其在电磁场计算中的应用展望

先从与FEM相比较的角度,以操作流程的方式介绍了无网格法(MLM)的原理和特点,指出了MLM和FEM之间是一般和特殊的关系。然后介绍了MLM的发展历史、研究队伍和应用现状;经过对发表在电磁计算领域的MLM文献的全面综述,可以看到MLM在电磁计算中的研究才刚起步。最后介绍了MLM的局限性和尚待解决的关键技术问题,并对MLM在电磁计算中的潜在研究课题和应用前景进行了展望。

无网格法对岩体不连续面的模拟

鉴于以Goodman单元为代表的界面单元在传统有限元法中取得了广泛而成功的应用,因而采用无网格法进行岩土工程数值分析时,首先考虑引入Goodman单元以模拟不连续面。详细分析将Goodman单元引入无网格法模拟不连续面的可行性和当前研究所存在的问题。研究结果表明,由于Goodman单元最初的应用对象是有限元法,其位移模式实质是为了实现与其相连接的有限单元相协调;而无网格的位移模式是基于离散节点的,对于不同的待插值点,影响域覆盖该插值点的节点及其数量也不相同;因而必然存在着无网格法的位移模式与Goodman单元边界上假定的位移模式不相协调的问题。解决这个问题的关键是在考虑节理单元的刚度对总体刚度矩阵的贡献时,应采用数值积分计算得到节理单元的刚度矩阵而不是简单的将传统解析表达式累加到求解系统的总体刚度矩阵中去;考虑到上述特点,界面单元可以隐式或显式出现在计算模型中。以自然单元法为例详细介绍显式和隐式Goodman单元的具体实现方案,并给出相应的算例进行数值验证和对比;所提出的思路对于一般的无网格方法都是适用的。

径向基函数在无单元方法中的应用

采用基于径向基函数的无单元法求解微分方程 ,探讨 2种径向基函数的性质 ,得到了基函数中自由参数与求解精度的关系曲线 ,以及节点均布时自由参数最佳取值的计算公式及其数值 ;将节点均布下得到的自由参数取值公式应用于节点任意排列的情况 ,其求解精度仍能得到保证 ;比较了无单元方法在节点均布与否 2种情况下的计算精度 ,其求解结果变化不大 ,均满足精度要求 ,说明这种无单元法对节点位置不敏感。

基于无网格法的板料成形数值模拟的研究探索

叙述了有限元法在模拟板料成形过程中所采用的算法和存在的问题,介绍了无网格法的基本原理、研究现状和应用领域,论述了将无网格法应用于板料成形过程模拟的可行性。

基于径向基函数的无网格方法

改进的基于径向基函数的强形式的无单元法(improved radial-basis-function strong-form meshless method,简称IRBFS)是真正意义上的无网格方法,介绍基本原理,求解弹性平面问题,验证了径向基函数的自由参数的最佳取值公式和稀疏化规律的适用性.

冲击动力过程的无网格数值分析方法

应用再生核质点法实现了冲击过程的数值模拟．为解决冲击过程伴随的材料和几何非线性问题,数值分析中采用增量法．针对冲击速度较低的情况,假设冲击过程为小应变,并引入弹塑性增量本构关系,推导出冲击过程的再生核质点法计算控制方程．采用修正配点法,以满足其本质边界条件．数值模拟结果表明,实例中弹体变形分析结果与ANSYS有限元分析结果一致．

土木工程中几种数值分析方法的联系

除传统的有限元法之外,数值分析领域中出现了无网格法、单位分解法、数值流形方法等一批新颖的计算方法。分析了这几种数值方法的来龙去脉、各自的特点、它们的异同和联系。

无网格法剖析及基扩充EFG法在电磁计算中的应用(英文)

主要论述基扩充的无网格法 (MLM)用于 2D电磁问题计算时的具体算法及编程问题 .以独特的分步骤操作方法 ,介绍了无网格方法 ;从数值拟合的角度 ,对无网格伽辽金法 (EFG)的核心技术———移动最小二乘法进行了深入剖析 ;严格按照加权余量法原理 ,利用偏微分方程的余量加权在节点支持域上的积分 ,导出了基扩充的EFG离散格式 ;应用FEM和基扩充的EFG两种方法对一些实例进行了计算验证 .

基于径向基函数的无单元法的改进

基于径向基函数强形式的无单元(RBFS)法是真正意义上的无单元方法,但为了追求精度要求却未达到稀疏化。本文对RBFS进行了改进,通过构造具有δ函数性质的形函数,得到了具有稀疏带状性的系数矩阵,提高了计算效率,同时具有RBFS方法的优点。通过求解微分方程,得到节点均布时影响域半径与求解精度的关系曲线,验证了基函数中自由参数最佳取值的计算公式的适用性;并把节点均布下得到的影响域半径和自由参数的规律应用到节点任意排列的情况下,求解结果变化不大,均满足精度要求,由此得出这些规律仍然适用,这种无单元法对节点位置不敏感。

杂交型无网格有限体积法及其应用

从有限体积法基本思想出发,采用移动最小二乘近似方案实现有限体积法与无网格法的结合,从而使有限体法摆脱网格的约束,在此基础上,提出杂交型无网格有限体积法,所谓杂交是指对位移和应力都分别进行独立插值,这样可避免在子域积分过程中被积函数出现形函数的偏导数。至于应力和位移之间的协调关系则通过配点法强制实现,采用修正配点法施加本质边界条件。算例结果表明,该方法具有很高的精度和计算效率。

船体结构腐蚀疲劳问题以及数值计算方法(英文)

船体或者内部高强脆性材料在腐蚀环境中的破坏问题已受广泛关注,其中涉及破坏机理的研究屡见报道,但相关的数值计算研究方法目前还屈指可数,文章在介绍各种破坏机理的基础上,从数值计算方法研究的角度阐述了最近几十年中的研究进展以及作者在该领域所取得的前沿性的成果,并指出了无网格有限元计算方法将在这个研究领域扮演重要角色。

基于无网格有限元方法的心磁场计算仿真研究

利用无网格有限元方法求解毕奥-萨伐定律来计算电流偶极子源在任意形状均质容积导体外产生的磁场分布.通过毕奥-萨伐定律计算容积导体外产生的磁场分布须先得到整个媒质中的电流密度分布,依据相应的边界条件,采用无网格有限元方法求解媒质容积导体有限元模型中各节点的电势;通过对电势求梯度得到媒质内部的电流密度分布;媒质内部感应磁场分布的各个分量可通过对电流密度进行数值积分计算来实现.为了验证提出的无网格有限元方法的有效性,在单层均质球模型上进行了仿真研究,并将该方法应用于从核磁共振成像(MRI)得到的真实形状的心脏-躯干心脏模型上,取得了令人满意的计算结果,表明了算法的有效性及其在心磁图(MEG)和磁场分布(MCG)上的潜在应用前景.

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。

基于金属成形塑性分析的无网格法应用

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,分析比较了有限元法与无网格法的优缺点,总结了无网格法各种算法的优势与现状,得出了无网格法在金属成形塑性分析中的巨大潜力,同时,分析了无网格法的不足、亟待继续深入解决的问题,并展望了无网格法在金属成形塑性分析中的发展。

虚拟手术中软组织形变仿真研究综述

软组织结构是一种非线性、各项异性、近似不可压缩的粘弹性材料体,而软组织变形仿真是虚拟手术系统中最重要的研究方向之一,同时也是难点之一。本文首先对虚拟手术做了大致的介绍,然后重点分析和总结了软组织形变的各种方法,从几何方法到物理方法,从网格模型到无网格模型,并列举了最近几年的研究情况。其中对目前比较流行的有限元方法做了较为详细的说明。最后对未来发展方向进行了展望和总结。

二维弹性问题无网格元胞自动机算法

为了避免因网格畸变带来误差,本研究基于元胞自动机的思想发展了一种无网格计算方法。该方法将二维弹性问题的区域离散成随机分布的点,借用有限元方法中的差值概念建立区域中任意一点和其邻域内的其它点之间的位移与力的关系,以此为局部规则,构建了适用于求解二维弹性力学问题的元胞自动机。依据边界条件,元胞自动机自行演化,直至各离散点的位移收敛进而求得弹性问题的解。数值算例表明,该算法简单、正确,可以方便地和有限元结合,增加数值模拟的灵活性,同时,它在并行计算领域具备很大的潜力。

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。