泊松方程的边界点法求解与区域积分的规则网格处理

提出用规则网格来处理用边界积分方程方法数值求解Poisson方程时遇到的区域积分问题的新方法.传统上区域积分通过内部单元来处理,其精度高,稳定性好,但人工消耗较大.引入规则网格可以在保持内部单元所有优点的同时大大减小初始数据准备的时间,因为在边界型方法中内部单元的作用是评价内部变量对边界未知量的影响,并不直接影响边界条件的处理以及相应的形函数构造.利用提出的规则网格技术并结合新的边界型数值方法——边界点法求解Poisson方程,给出的若干算例具有较高的计算精度,显示出方法的可行性,并从计算的角度讨论网格间距与边界点支域大小的关系对计算精度的影响.     

基于图像八叉树的三维比例边界有限元多面体网格生成算法

基于图像八叉树方法,提出了平衡八叉树和多面体网格修剪相结合的三维比例边界有限元多面体网格算法,该算法根据结构尺寸建立恰好完全包含整个结构的立方体网格,再建立结构图像像素信息,根据像素信息,按照2∶1的平衡分割原则递归地进行等分,完成平衡八叉树网格生成。结构内单元网格完全保留,结构外单元网格删除,对于结构边界单元网格,提出采用面-立方体相交判断方法进行边界单元与结构边界相交面的筛选,搜寻结构单元与结构边界表面相交点,通过有序连接相交点形成边界单元切割面,再结合边界单元其他几个面,构成裁剪后的多面体单元。数值算例结果表明,基于本文算法生成的比例边界有限元网格计算结果具有较好的精度和边界适应性。     

岩石块体系统构建方法及可视化程序开发

根据临空面与结构面构建岩石块体系统是一项复杂而基础的研究工作。以平面对多面体的空间切割算法为基础,通过单元离散、单元聚合等方法实现复杂岩石块体系统的构建,并对关键算法进行详细说明,利用MFC和OpenGL,开发了可视化程序。结合一露天矿多阶边坡工程,展示了具体实现过程。首先,利用AutoCAD中的四边形单元构建边坡临空面模型。其次,采用投影法实现岩体模型的网格划分,从而将结构面对复杂岩体的切割转化为对柱状单元体的切割。最后,消隐藏网格,聚合单元,实现复杂块体模型的构建。与传统方法的计算结果进行对比,验证了此方法用于复杂岩体模型构建的有效性和优越性,为实际工程提供可靠依据。     

笛卡尔切割单元法在湖泊二维流场模拟中的应用

针对湖泊几何边界复杂的特点,为了高效并准确地计算流场,采用了基于有限体积法的笛卡尔切割单元法.该方法在流场主要区域采用笛卡尔网格,而对与固体边界相交处的单元采用特殊的处理.这样既保留了笛卡尔网格求解速度快的优点,同时在边界处又保证了精度,避免了传统差分法处理该类问题需采用阶梯形网格逼近而导致的失真问题.通过与一个标准算例的贴体网格计算结果对比,显示计算结果一致.最后运用笛卡尔切割单元法,求解了杭州西湖的二维流场,结果表明该方法适用于具有复杂几何边界的湖泊流场求解,且精度较高.     

任意采空区边界信息处理与有限元网格生成

建立了任意形状采空区边界信息的管理规则，以已知漏风边界的剖分精度作为区域网格密度函数的依据，用前沿生成法的网格剖分技术自动生成Delaunay三角形单元。优先处理最长前沿边，网格节点间距密度按该边距条件边界的距离的线性函数，来控制区域内网格的尺寸变化，最终实现区域内部网格的疏密逐渐过渡，采用Laplacian优化法进行光顺处理，进一步改善了三角形质量。算例表明，可按任意采空区形状和精度自动生成三角单元，调整方便。     

边界积分方程中近边界点几乎奇异积分的计算

该文针对边界元法存在近边界点力学量计算的困难,给出了一个通用性方法,将近边界点到边界单元的距离参数通过分部积分变换到积分式之外,从而计算出二维问题近边界点参量的几乎强奇异和超奇异积分.该法同样适用于板壳问题的边界元法,尤其是对于将超奇异边界积分方程正则化为强奇异边界积分方程的边界元法,求解近边界点参量更加有效.     

弹性力学问题中的双重互易杂交边界点法

杂交边界点法是一种边界类型的纯无网格方法,它同时具有边界元法降维的优势和无网格法无需插值和积分网格的优良特性.但在求解非齐次问题时,不可避免的需要域内积分.本文将双重互易法引入到该方法中,将对非齐次项的域内积分转化成边界积分,形成双重互易杂交边界点法.该方法将问题的解分为通解和特解两部分,通解使用杂交边界点方法求解,特解利用局部径向基函数近似.为了达到特解插值的通用性,本文提出了特解基本形式.该方法是一种边界型纯无网格方法.数值算例表明,该方法是一种计算量小、精度较高的数值方法,适合于求解各种弹性力学问题.     

虚拟手术模拟系统中包围盒碰撞检测技术及应用研究

碰撞检测模块是虚拟内窥镜系统的重要组成部分.根据变形物体的碰撞检测要求及连续切割过程对网格结构的影响,提出了碰撞检测的层次包围盒结构修正方法.该方法针对网格中的单元剖分和网格优化的过程中网格单元变化采用子树替换、位置提升方法进行修正,可满足连续切割中正确碰撞检测和精确碰撞的要求     

基于二次移动单元的边界点法解弹性力学问题

边界点法是一种结合基本解法和边界元法二者优点的新的边界型无网格数值方法.将边界点法推广到弹性力学问题的数值求解中,在边界点法原有的常数移动单元基础上,引入了二次移动单元,解决了后处理过程中由于近奇异性而产生的边界附近应力的计算精度问题以及薄壁构件的分析问题.用改进的边界点法对弹性力学平面问题的典型算例进行了分析,结果表明数值解与精确解吻合良好.     

基于覆盖技术的块体搜索及程序开发

基于单元块体间相互覆盖构建独立块体的原理,探讨块体搜索问题.研究了同向面、异向面的覆盖原理和方法,给出了包括三维结构面网格划分、结构面与边界面的交线分析、关键块体搜索等切割搜索过程.提出一种基于覆盖技术的块体搜索新方法,并将该搜索技术接入自主开发的三维数值分析系统GeoSMA-3D,进行块体搜索.同时,通过工程实例进一步验证了覆盖技术的有效性和软件GeoSMA-3D的优越性.     

移动边界下塑料熔体充填模拟的稳定性方法

针对具有移动边界的塑料复合成形过程模拟中因网格变形而导致的数值稳定性问题,提出了塑料熔体充填模拟的稳定性方法．该方法基于任意拉格朗日欧拉法建立移动边界下充填模拟的控制方程,采用四面体单元中引入中心速度稳定的速度压力耦合计算方案,提升了移动网格下塑料熔体充填模拟的稳定性和精度;进一步针对计算过程中网格变形导致四面体单元反转错误的问题,采用引入反转单元罚函数的线弹性网格优化方法,提升了移动边界下网格变形的稳定性;数值稳定性实验表明该方法在网格极端变形和不同单元纵横比下均能稳定求解．最后采用具有柔性移动边界特征的注射压缩-热压复合成形工艺对该方法进行验证,发现移动边界下塑料熔体流动前沿的模拟误差为3.3%,实现了对此类成形工艺的精确模拟．     

离心泵四面体网格质量衡量准则及优化算法

针对网格优化过程中边界网格质量难以控制的问题,提出一种新的网格优化算法.通过数值计算分析了不同质量衡量准则对劣质单元及其单元形状变化评判效果的等价性问题,对各衡量准则所耗费的时间进行了对比,在此基础上选用一种最优的衡量准则推导出了错误函数,并将该函数作为基于优化光顺的目标函数,目标函数中包含有考虑边界网格质量和内部网格质量的函数项,且为函数项添加了一个权重系数,从而实现了边界网格单元质量的控制.经某离心泵叶轮算例验证表明:优化后网格单元质量系数趋于0的劣质单元全部被消除,网格的整体质量得到了显著提高;随着权重系数的增加,边界的平均网格质量有所提高.     

边界点方法在Signorini问题中的应用

先用投影算子将线性互补的Signorini边界转换为等价的不动点方程,然后将Signorini问题转化为边界积分方程,用无网格边界点方法求解该问题,提出一种无网格边界积分方程方法。丰富了无网格边界积分方程方法,继承了无网格方法的优点和强显式投影迭代格式的特点,最后通过数值算例说明该方法收敛有效。     

杂交边界点法在电磁场计算中的应用

以电磁场计算的拉普拉斯方程边值问题为研究对象,将杂交边界点法推广应用于电磁场的数值计算。杂交边界点法基于杂交位移变分原理和移动最小二乘近似,利用基本解插值域内的场函数,而边界上的变量则用移动最小二乘近似,是一种纯边界类型的无网格方法。该方法只需在边界上布点而不需要划分任何网格,解除了节点的网格束缚,能够消除由于网格存在所带来的缺陷。数值算例表明,该方法精度较高、计算量较小,适合于求解各种电磁场问题。     

二维位势问题中的正则局部边界积分方程方法

针对无网格局部边界积分方程方法中，边界点局部边界积分方程存在的Cauchy奇异性，引入正则化列式进行消除。推导了正则化位势边界积分方程，给出了与边界点局部边界积分方程相应的正则化计算公式。数值算例表明该方法能够有效地消除这种奇异性，最终给出高精度的数值结果。     

Signorini问题的无网格投影迭代法

Signorini问题是一类重要的数学物理问题,该问题的Signorini互补条件位于边界上,特别适合用边界型方法求解.利用投影算子,首先将Signorini边界条件转化为不动点方程,得到Signorini问题的迭代格式,然后用无网格边界点方法求解.此种算法的优点在于只须在原有的无网格边界点程序中做少量的改进,且迭代效率高,计算误差小.数值结果表明,该算法较边界元方法更有效.     

三维Helmholtz方程的边界点方法

将移动最小二乘近似和边界积分方程相结合,提出了求解三维Helmholtz方程内外边值问题的无网格边界点方法.该方法用单层位势理论将Helmholtz方程转化为间接边界积分方程,并用边界点法离散间接边界积分方程.由于边界积分方程中含有基本解的积分计算时会出现弱奇异,详细推导了弱奇异积分的计算方式.数值算例表明了间接边界点法求解三维Helmholtz方程的有效性.     

基于边界拓扑转化的四面体与六面体网格动态连接技术

通过引入交接面网格边界拓扑转化技术,打破了传统得金字塔网格连接技术,实现了六面体网格到四面体网格的动态匹配.而且借助于ICEM CFD内嵌的Tcl/Tk脚本语言,实现了过程自动化,为多学科优化迭代奠定了基础.仿真验证表明:该连接技术可行、可信.     

基于Voronoi结构的多边形单元网格生成方法

针对多边形单元网格难以生成的问题,建立了基于Voronoi结构的多边形单元网格生成方法。该方法通过区域内的一组初始点来构造Voronoi结构。对初始种子点的分布进行优化,以达到控制多边形单元网格密度的目的。利用Voronoi结构的特点,通过添加种子点对应目标区域边界的映射点对边界进行拟合,实现Voronoi结构对复杂边界的逼近。对Voronoi结构进行质心化,改善生成多边形单元形态。给出了该方法的程序实施步骤,并结合网格生成实例,验证了其合理性和可行性。     

一种基于Voronoi图和朴素贝叶斯的室内定位无线地图构建方法

先用投影算子将线性互补的Signorini边界转换为等价的不动点方程，然后将Signorini问题转化为边界积分方程，用无网格边界点方法求解该问题，提出一种无网格边界积分方程方法。丰富了无网格边界积分方程方法，继承了无网格方法的优点和强显式投影迭代格式的特点，最后通过数值算例说明该方法收敛有效。