三维流场的有限元自动剖分

本文从子块结构、坐标变换的角度入手,将有限元和矩阵理论相结合,提出了一种能够适应复杂三维流场有限元自动剖分要求的剖分方法,研究了流场不同区域的剖分规律。结果表明,采用该方法划分流场时可不必输入大量数据,对单元节点能全部自动编号,做到不重复编号,不漏编号,因此可以大大减少计算工作量和降低编号出错率,提高计算工作效率。     

一种改进的边界元/有限元混合法及其在振动特征值问题中的应用

本文提出了一种改进的边界元/有限元混合法。利用这种方法计算振动固有频率问题,既可以避开一般的边界元法所导致的求解非代数特征值方程的困难,亦能够基本上消除通常的边界元/有限元混合法结果精度受区域内部单元剖分密度影响较大的弊端。文中给出了这种方法的一般列式,并用于各种形状薄膜的振动特征值问题分析。数值结果表明,既便是在域内单元很粗疏划分的情况下,本文的方法仍能给出相当满意的结果。     

交贯隧道边界元数值模拟中的网格剖分方法

分别分析了三维情况下隧道表面结构化和非结构化网格的生成原理.主要通过对隧道表面进行分块,采用映射方法先在平面内进行非结构化三角网格剖分,然后依据断面的拟合插值函数投影到几何体表面,形成隧道表面的非结构化三角网格剖分.在交贯隧道边界元数值模拟计算中实现了交贯隧道表面网格中交贯点的快速追踪查找,解决了交贯隧道表面交贯处的网格剖分衔接问题,并且通过在VB环境下的OpenGL编程,实现了网格剖分的可视化,并得到了符合边界元计算所需的网格单元节点数据.     

应用多块分区搭接网格技术和变域变分有限元法设计分流叶栅

该文针对含分流叶片的亚声速平面叶栅的反命题，运用多块分区搭接网格技术将流动区域分成两部分生成计算网格，再根据泛函的驻值必要条件，应用变域变分有限元方法对分流叶栅叶型进行了反设计。变域变分通过把可变边界结合在变分泛函中，使其与求解流场的控制方程结合起来，从而使可变边界求解和流场分析可以完全耦合地进行，因而适合于分流叶栅的反问题研究。由于分流叶片的存在，使得很难在流动区域内生成一体化网格，因此该文应用了多块分区搭接网格技术。该技术可保证每一子域都具有高质量的计算网格，并且子域与子域间的流场信息交换也简单易行。两个典型算例表明了该方法的正确性和优越性。     

基于2.5维有限元算法的边界处理及网格划分

由于2.5维周期化技术能有效地处理列车振动波传播模拟过程中计算尺度与计算时间的矛盾,因而国内外学者在此理论基础上将FE(有限元)和粘滞边界以及IFE(无限元)等边界处理方法进行耦合.为讨论上述算法中有限元网格划分区域及单元大小对计算精度影响,通过运用软件Matlab编制程序读取Ansys中的模型信息,并将2.5维有限元和无限元边界耦合等算法在其中得以实现.在此基础上发现在相同的网格划分条件下,采用2.5维无限元边界较粘滞阻尼边界具有更高的精度,同时通过选取不同尺寸的有限元模拟区域及最大网格大小,将计算结果与经典解析解进行比较,并对上述网格划分参数的合理选择提出了建议.     

复杂通道内非结构网格的生成方法

通过对非结构网格剖分方法的研究,给出了在复杂通道内非结构网格生成过程中的几个重要步骤。采用源项控制的方法来控制计算区域内的网格尺度分布,并利用非均匀有理B样条进行边界的拟合及重新离散,以满足边界上的网格尺度信息。分别用Delaunay三角化方法和前沿推进法生成初始网格和内部网格,同时保证了几何边界的完整性和内部网格的质量及生成速度。引入了整层加点和局域网重组的方法,对前沿推进法进行了改进,并对具体的复杂几何通道进行了网格剖分,给出了剖分结果。结果表明,该方法可以在一定程度上减少网格的判断与重组时间,从而提高了非结构网格的生成效率。     

基于模拟退火算法的无网格节点生成技术

为克服目前无网格法布点技术仅适用于特定问题的缺点,在分析节点生成技术数学本质的基础上,提出了一种基于模拟退火算法的无网格节点生成技术.该算法结合k-means方法和模拟退火算法(SA)求解约束条件下的多峰值函数全局最小值,在待求计算域内和边界自动生成无网格计算节点,且节点为计算域对应质心Voronoi结构的质心点.该算法可以普遍用于包括凹域和多连通域等任意形状域的布点计算,尤其适用于给定边界节点位置情况下域内无网格节点的生成问题.将所生成节点用线段连接起来,也可以直接得到有限元网格.     

平面弹塑性问题边界元法与有限元法耦合的对称—迭代求解

在一些弹塑性问题中,塑性区域比较小,大部分区域是弹性变形区域,若采用边界元与有限元耦合的方法,则能充分发挥两种数值计算的优点.在以往的边界元法与有限元法耦合的论文中,边界元子域的刚度矩阵都取为对称阵,尽管易于耦合,但会产生明显的误差.若细分边界元网格,又会大大增加计算时间.本文讨论用作者提出的对称-迭代求解方法处理弹塑性问题中边界元法与有限元法的耦合.     

各向异性网格下三维线性元的超收敛性分析

在各向异性网格下研究了用线性元解一类三维二阶椭圆边值问题的有限元逼近,并得到了与传统有限元网格剖分下相同的超逼近和整体超收敛结果.     

砷化镓金属—半导体场效应晶体管的二维数值分析

本文叙述用有限元方法对工作在导带的 GaAs MESFET's 器件进行二维稳态模拟的程序.用三角形单元不均匀网格剖分的程序,能局部加密,优化结点编码,缩小带宽;对基本方程离散采用改进的电荷浓缩法和有限元——有限差分混合法;方程求解采用藕合法,偏压步长大,计算速度快.     

基于元／网格动量传递的离散元与有限元耦合的时空多尺度算法

建立了时间多尺度与空间多尺度兼顾的离散元与有限元耦合的时空多尺度计算模型,并推导了基于元/网格动量传递的力学和动力学参变量的过渡算法,实现了离散元与有限元耦合过渡区内参变量信息的合理交换,从理论上解决了时空多尺度计算中离散元区域与有限元区域之间物理和力学特征的光滑过渡问题.通过弹性应力波在细长杆中传播的算例,验证了该时空多尺度数值计算方法具有较高的准确性和计算效率.     

实际流体中船体绕流流场的理论计算

对于无限水深非定常不可压缩粘性流体，计入非线性自由表面边界条件的船体绕流，根据薄边界层理论和Ｐｏｉｓｓｏｎ压力方程，应用有限差分数值方法，计算绕船体流场参数及其阻力。以ＳＳＰＡ７２０模型进行了考核；其结果表明同有关计算方法具有相同的精度量级，可作为低雷诺数下流场计算的数学模型和数值方法。     

结构在无限流体域中振动时附连水质量的数值计算方法

通过对结构与理想流体耦合问题的分析,利用有限元法对流固耦合问题的附连水质量解耦的方法进行了研究。对一些规则的结构进行了计算,同时与解析解及Ｍｏｒｓｉｏｎ公式进行比较,在对计算结果分析的基础上,提出了有限元法计算附连水质量时流体范围的划取方法,使实际工程计算能够有所依据地选定所要计算的流体范围,从而节省了计算工作量。     

无限元在坝,水地基系统动力分析中的应用

本文提出一种无限元,通过选用不同的衰减函数,可以分别用于静力场、动力场及各类稳定场问题.文中用无限元模拟了无限地基的弹性及动水压力场的分布规律,计算了紧水滩拱坝的动力特性和动力反应.并和常规的有限元法对比,结果表明:用无限元模拟拱坝的地基和库水能更好地反映坝、水、地基的动力相互作用机理,节省了地基和库水单元,减少了总自由度数,从而缩减了计算机内存、CPU时间和数据准备工作量.本文的无限元在形式上类似于常规的等参数单元,易于在现有的有限元程序中加入无限元子程序段,因此,便于工程技术人员掌握,是一种值得推广为工程实用的有效新单元.     

基于SiPESC的千万节点规模FEM可视化系统设计与实现

实现了千万节点规模的有限元模型高效率可视化系统,提出了相关算法、数据结构、关键技术与软件设计方案.研发工作通过分析三维有限元模型特点,在SiPESC.POST通用有限元模型可视化系统基础上,提出了基于拓扑结构的内部单元剔除技术与精化数据结构,并基于VBO快速显示技术,实现了千万节点规模有限元模型流畅显示.通过与多个大型商业有限元软件系统对比,展示了该系统在可视化效率及大规模问题适用性方面的优越性.     

核电站结构地震动态响应并行计算研究

为了分析核电站复杂结构地震动态响应,以MPI作为基本并行编程环境,在LINUX操作系统下,开发了核电站结构地震动态响应的并行有限元计算程序。该程序采用黏弹性边界模拟外行波向远域地基的辐射,方程的求解采用时域显式解法,能够模拟包含各类静动荷载以及温度、接触等因素作用下的结构响应。经算例验证,该程序正确可靠。利用该程序对某核电站取水口建筑物进行了动态响应分析,并与ANSYS软件的分析进行比较,所花费时间从单机串行程序的20h40min减少到并行程序下的2h15min。结果证明,该并行程序具有较高的并行度以及良好的并行效率。     

混合元法及其在本质边界条件处理中的应用

为了解决无网格Galerkin(EFG)方法中本质边界条件的施加问题,提出了一种耦合径向基点插值无网格(RPIM)方法与EFG方法的混合元法.该方法将问题域分成两部分,在包含本质边界部分采用RPIM方法处理,其余部分采用EFG方法,然后利用两种无网格插值方法之间的关系进行耦合.数值算例结果表明:文中方法在简明有效地处理本质边界条件的同时,具有与EFG方法相当的计算精度,且易于编程计算.     

大型鼠笼异步机起动性能的计算

采用二维涡流场有限元法计算小型异步电动机起动电流及转矩，已可满足工程要求，但对于大型电机，由于转子端部结构复杂，端部漏阻抗计算值不准确，使起动电流及起动转矩计算误差较大。直接计算三线电磁场，变量过多，费用太大，不易为工厂接受。为此作者提出一种新的二、三维结合的简化模型。它可分离出端部漏阻抗，代入考虑定、转子铁心非线性的二维涡流场程序进行计算，可获得误差小于１０％的计算精度，而机时与内存比直接三维场的计算少得多。对两台电机进行了实际计算，与实测值比较，精度较高。文中还对转子温度对起动参数的影响作了分析计算。     

超音速三角翼多场耦合分析研究

为了对超音速三角翼在气动加热作用下的结构和气动耦合特性进行系统分析和研究,分别采用有限元方法和计算流体力学方法,建立结构和气动分析模型,在此基础上,建立热流、气动压力到有限元节点和有限元节点位移、温度到气动节点的插值模型,确立气动、结构模型之间压力场、热场、温度场和位移场的耦合关系,通过多轮迭代计算,获得考虑耦合效应的结构和气动特性。通过某马赫数为3的三角翼的计算和验证,可以得出,此方法能够对超音速飞行器的气动和结构耦合问题进行比较准确的分析,在超音速飞行器设计中具有较大应用价值。     

介质覆盖导体柱散射特性分析

应用有限元-边界元耦合法计算任意截面形状二维介质覆盖导体柱的雷达散射截面，对介质柱内、外区域分别应用有限元和边界元法进行分析，然后通过场的连续性进行耦合，形成待求矩阵方程，最后应用内观法结合多波前法求解该方程．作为算例，分别计算了无限长介质覆盖导体方柱和圆柱在平面电磁波照射下的雷达散射截面，结果与有关文献一致，在此基础上计算了两层介质覆盖导体方柱和圆柱的雷达散射截面．结果表明，由于使用了内观法结合多波前法求解非对称稀疏矩阵，大大减少了计算时间．