Euler梁的无网格求解方法探讨

基于再生条件建立了一种用于Euler梁(薄梁)分析,同时考虑挠度和转角影响的双变量无网格计算方法.与现有采用固定基的双变量无网格近似相比,此方法采用移动基函数,有更小的数值再生误差;与只考虑挠度的单变量无网格近似相比,此方法有更高的插值精度.这些特性在文中得到了数值验证.此外,通过推广位移边界条件处理的变换法,进一步把双变量无网格近似中广义节点挠度和转角系数与相对应的真实挠度和转角节点值联系起来,使得Galerkin无网格法求解Euler梁问题中挠度和转角边界条件的处理变得与有限元类似,较为便利.Euler梁算例表明,具有移动基的单变量与双变量两种无网格算法收敛速度相当,但采用移动基的双变量无网格法有更高的计算精度.     

功能梯度材料的点插值无网格法

建立了一种新的求解功能梯度材料问题的点插值无网格法,这种无网格方法将径向基函数和多项式基函数耦合构造具有插值特性的近似函数,并将其应用于弹性力学问题Galerkin形式的无网格方法.在计算过程中,取高斯点的材料参数模拟功能梯度材料特性的变化,由于形函数及其导数的构造相对简单,并且满足Delta函数性质,所以该方法具有计算量小、精度高、可以像有限元法一样直接施加边界条件的优点.最后通过数值算例证明了该方法的有效性.     

基于楔形基函数的一种新型无网格法

无网格法中的近似函数大都不是插值函数,在处理本质边界条件时较为困难.通过楔形基函数插值理论来构造满足插值要求的近似函数,并通过加权最小二乘法来离散控制方程,在此基础上提出了一种新型的无网格方法--基于楔形基插值函数的加权最小二乘无网格法.该方法是一种基于节点信息的纯无网格法.将该方法应用于弹性静力学问题的求解,得到了满意的结果.     

无网格法计算误差分析

探讨了无网格法中形函数的性态及对计算结果的影响 ,讨论了无网格法产生误差的原因 .主要分析了无网格伽辽金法 (EFGM )节点不良分布以及采用一般高次多项式基构造形函数时 ,致使形函数中矩阵A(X)病态 ,从而导致全局数值解振荡的原因 .就不同的基函数对插值函数及无网格法的计算精度的影响作了分析比较 ,得出了基函数的选取标准 ,算例说明使用三次基函数计算精度最高 .     

基于MLPG法的新型无网格法——多边形无网格法

为了提高无网格法的计算效率,该文提出一种新型MLPG法--多边形无网格法,该方法采用改进的PU函数作为形函数,试探函数预先满足位移边界条件;积分子域取为以节点为中心的多边形区域,多边形各个顶点与节点对齐;积分子域重叠少,计算效率高;建立了邻近点数据库,提高了邻近节点搜索速度.与传统的MLPG无网格法相比,多边形无网格法具有更强的实用性和更高的计算效率.分析实例证明多边形无网格法是一种精确和实用的数值方法.     

双调和方程的无网格解法

边界节点法（BNM）将边界积分方程和移动最小二乘近似方案相结合,同时具有边界元法降维和无网格法不需要划分网格的优势。BNM中的形函数不具有Delta函数性质,在BNM中边界条件不容易施加。将BNM中的移动最小二乘近似方案用一致紧支径向基函数代替,得到一种新的边界型无网格法——一致径向边界节点法。这种方法的形函数矩阵具有稀疏性和Delta函数性质,边界条件可以像传统的边界元方法一样很容易施加。最后以双调和方程边值问题为例,导出了相应的离散方程,并通过数值分析验证了该无网格法的可行性和有效性。     

关于配点型无网格法边界条件处理技术

由于无网格数值方法具有传统的有限差分法和有限元法不可比拟的优点,着重介绍了配点型无网格法格式及其特点.在总结配点型无网格法处理导数边界条件的各种技术的基础上,提出了基于积分插值的新处理技术.通过对基于点插值的配点型无网格法解Helmholtz问题的研究,验证了该技术的优越性.     

径向基点插值无网格法与有限元耦合法

为了发挥无网格法和有限元法各自的优势,提出了径向基点插值无网格法与有限元直接耦合的计算方法.比较了点插值无网格方法与无网格Galerkin法(element-free Galerkin method, EFG)的优缺点:无网格法只需要结点信息,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.对悬臂梁受集中荷载问题进行了计算,两种计算结果一致,但是本算法效率较高.用本方法与FEM耦合方法对半无限平面受集中荷载问题进行了计算,结果表明:本文的耦合方法可行,计算效率较高.     

高阶形式广义节点有限元法及其应用

所发展的广义节点有限元法是将传统有限元法中的节点广义化,在不增加节点个数的前提下,仅通过提高广义节点插值函数的阶次,达到提高有限元解精度的目的。传统有限元法是这种方法当广义节点阶数退化为０时的特例。主要讨论了这一新 高阶形式。重点分析了广义节点阶次的提高对计算精度以及计算量的影响,并与低阶方法以及传统有限元法进行了比较。对受弯悬臂梁和半无限平面受集中力作用两个算例的数值分析表明：１）广义节点阶次的     

基于基本解和径向基函数插值的热弹性无网格分析

采用基于基本解方法和径向基函数插值的无网格算法(MFS-RBF)分析了广义的热弹性问题.位移分为齐次解和特解两部分,径向基函数被用来插值任意温度变化和体力分布,对应于径向基函数的特解集被用来构造位移特解部分,而基本解方法用来计算相应的位移齐次解.最后,常见的重力荷载、惯性荷载和温度荷载算例验证了算法的有效性和简单性.     

土壤水分运动方程的径向基配点法

为解决一维土壤水分运动问题,结合径向基函数与配点法,提出了一种新的无网格方法———径向基配点法无网格算法,证明了解的存在性和唯一性,并通过具体的实例,将该方法与有限差分法比较,结果表明该方法具有计算精度高且易于实现的优点。     

广义有限元及其应用

基于传统有限元理论，吸收数值流形方法中有限覆盖技术，将每个结点位移的Lagrange型插值空间推广为具有任意多个广义位移的函数展开式，给出了广义四结点等参单元的有限元列式，结合算例探讨了广义有限元的数值实施措施，针对复杂结构形式，提出广义有限元与传统有限元的联合运用，从而解决计算交和精度这一问题，算例结果表明了本文方法的合理性。     

非等温流动问题的无网格CBS方法模拟

将特征线分步(Characteristic-based Split,CBS)法拓展到无网格方法中,提出了无网格CBS方法,并用其模拟了非等温流动问题.由于该方法采用了分步算法,所以能避开BB条件,使速度-压力采用等低阶基近似;另外由于在离散过程中采用了特征Galerkin(Characteristic Galerkin,CG)方法,其又能对对流占优问题起到很好的稳定作用,且不含任何依赖于网格的稳定化参数.最后,本文用其模拟了方腔自然对流问题,数值结果表明无网格CBS方法在求解非等温流动问题时能有效地消除对流占优引起的速度场、温度场振荡和速度与压力失耦现象,且具有很高的计算精度和较好的稳定性.     

饱和土体中稳态渗流的高效无网格分析

利用稳定节点积分思想,构造一种求解饱和土体中稳态渗流问题的快速Galerkin无网格方法.该方法通过建立非局部光滑节点水力梯度,具有节点积分高效的特点,同时避免形函数在节点上直接求导,为稳态渗流分析提供有效的稳定保障.均匀渗流与自由面渗流算例的计算结果表明,该方法分析渗流问题高效且准确,能精确模拟任意均匀渗流场,在求解自由面迭代问题时,能避免有限元求解迭代问题时重划网格的工作,迭代收敛速度快.     

Euler梁自由振动的Hermite再生核无网格分析

基于Hermite再生核无网格近似,建立了Euler梁自由振动分析的伽辽金无网格离散方程.针对常见的几种典型边界条件的Euler梁自由振动问题,详细分析了前两阶频率的误差和收敛性.结果表明,与传统仅采用挠度近似的伽辽金无网格法和Hermite有限元法相比,考虑节点转角对挠度近似影响的Hermite无网格方法具有更高的精度,为Euler梁振动分析提供了一种高精度的数值方法.     

不可压缩流动的无网格Galerkin方法模拟

Galerkin型无网格方法在求解不可压缩流动问题时,会遇到对流占优、速度-压力失耦等问题,本文基于CBS有限元方法的基本思想,提出了无网格CBS方法来解决上述问题.通过对平面Poiseuille流动的计算表明:无网格CBS方法在采用压力速度等线性基近似的情况下,当时间步长大于某个临界值时可很好地解决速度-压力失耦问题,且具有相当高的计算精度.     

一种计算对称反对称及周期性问题的改进无网格法

分析对称反对称或周期性问题时,通常只需要取一半或一个周期的局部模型进行离散求解．由于无网格法存在较为显著的边界截断效应,与整体模型相比局部模型的无网格解答精度会有所下降,在边界附近更为显著．为消除这种边界效应,提出了一种改进的无网格近似方法．该方法考虑了局部模型外的节点（虚拟节点）对于模型内各节点（真实节点）的近似影响,并利用对称反对称或周期性关系压缩虚拟节点的自由度,在不增加额外自由度的条件下能够使局部模型和整体模型得到完全相同的结果．通过求解对称反对称和周期性问题算例验证了该方法的有效性．最后对一般性问题的无网格边界效应也进行了简要的讨论．     

动态大变形计算模拟的无网格强积分核函数

作为一种基于强函数积分形式的无网格计算方法,SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）方法在高能炸药爆炸、流体动力学及固体强冲击模拟计算中已经得到了广泛的应用.然而,目前该方法还存在许多问题,主要表现在拉伸不稳定性、零能量模式、边界条件实施困难、精度较差等,研究表明通过提高核函数的一致性可以使这些问题得到不同程度的改善.在RKPM（Reproducing Kernel Particle Method）方法基础上推导了高阶一致性核函数的公式,构造了适用于SPH方法的简化线性一致性核函数.通过算例证明了简化线性一致性核函数的可行性和优越性,即随着核函数一致性的提高,数值计算精度不断改善,最后对线性一致性核函数的非负特性进行了讨论.