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相似文献
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1.
A mesh-free approximation of large deformations of flexible membrane structures within the tension field theory is considered in this paper. A modification of the wrinkling theory, originally proposed by Roddeman et al. (1987) [Roddeman, D.G., Drukker, J., Oomens, C.W.J., Janssen, J.D., 1987, The wrinkling of thin membranes: Part I—theory; Part II—numerical analysis. ASME J. Appl. Mech. 54, 884–892.], is proposed to study the behaviour of an isotropic membrane under the mixed state of stress (taut, wrinkled and slack). Using the facts that the state of stress is not uniform across an element and that the deformation gradient is a spatially continuous (and possibly non-differentiable) tensor, the proposed model uses a continuously modified deformation gradient to capture the location and orientation of wrinkles more precisely. While the deformation gradient need not be everywhere-differentiable in a wrinkled membrane, it is argued that the fictive non-wrinkled (non-slack) surface may be looked upon as an everywhere-taut surface in the limit as the minor (and major) principal tensile stresses over the wrinkled (slack) portions go to zero. Accordingly, the modified deformation gradient is thought of as the limit of a sequence of everywhere-differentiable tensors. The weighted residual from the governing equations are presently solved via a mesh-free method, where the entire domain is discretized only by a set of grid points. A non-uniform-rational-B-spline (NURBS) based error reproducing kernel method (ERKM) has been used to approximate the field variable over the domain. The first step in the method is to approximate a function and its derivatives through NURBS basis functions. However, since NURBS functions neither reproduce any polynomial nor interpolate the grid points (also referred to as control or nodal points), the approximated functions result in uncontrolled errors over the domain including the grid points. Accordingly the error functions in the NURBS approximation and its derivatives are reproduced via a family of non-NURBS basis functions. The non-NURBS basis functions are constructed using a polynomial reproduction condition and added to the NURBS approximation of the function obtained in the first step. Several numerical examples on wrinkled and/or slack membranes are also provided.  相似文献   

2.
秦义校  程玉民 《力学学报》2009,41(6):898-905
将重构核粒子法和势问题的边界积分方程方法结合,提出了势问题的重构核粒子边界无单元法. 推导了势问题的重构核粒子边界无单元法的公式,研究其数值积分方案,建立了重构核粒子边界无单元法的离散化边界积分方程,并推导了重构核粒子边界无单元法的内点位势的积分公式. 重构核粒子法形成的形函数具有重构核函数的光滑性,且能再现多项式在插值点的精确值,所以该方法具有更高的精度. 最后给出了数值算例,验证了所提方法的有效性和正确性. }   相似文献   

3.
借鉴流形方法思想,引入广义节点的概念,对传统的无网格法进行了改进,建立了可具有任意高阶多项式插值函数的广义节点无网格方法。同时采用径向插值函数构造具有插值特性的逼近函数;采用配点法建立系统的离散方程。在阐述了这种方法基本原理的同时,针对线弹性力学问题给出了这种方法的数值计算列式。与传统无网格方法相比,这种方法更具有一般性;同时由于采用了配点法而不需要背景积分网格,所以可以认为这种方法是某种真正意义上的无网格法。当选取0阶广义节点位移插值函数时便可得到传统的无网格法;在不增加支持域内节点数目的条件下,通过选取高阶广义节点位移插值函数可以提高计算精度。最后通过算例分析,对0阶、1阶及2阶广义节点无网格法与现有的有关解答进行了对比,论证了其合理性。  相似文献   

4.
基于核重构思想的最小二乘配点型无网格方法   总被引:4,自引:3,他引:4  
史宝军  袁明武  李君 《力学学报》2003,35(6):697-706
介绍重构核点法的基本原理和近似函数的构造方法,并基于核重构思想,应用配点法和最小二乘原理,离散微分方程,建立求解的代数方程,提出了一种基于核重构思想的最小二乘配点型无网格方法.与一般配点法相比,该方法的系数矩阵是有对称正定的,计算精度高,稳定性好.该方法的实施不需要背景网格,不需要进行高斯积分,与Galerkin法相比,具有计算量小、边界条件处理简单的特点,是一种真正的无网格法.对该方法构造过程中的近似函数及其导数的计算、修正函数的计算及方法的实现等问题进行了探讨.文中结合若干典型算例,检验了该方法的有效性.  相似文献   

5.
由于直接配点法在求解边值问题时边界上的求解精度较低,本文提出了Hermite梯度重构核近似配点法(HGCM)来改进边界求解精度。重构核近似是无网格法中一种常用的近似函数,但是其在求解高阶导数时格式复杂且非常耗时。HGCM采用梯度重构核近似构建形函数的任意高阶导数,提高了计算效率;通过Hermite配点法构建离散方程,提高了边界求解精度。这种方法在求解对应变系数四阶偏微分方程的功能梯度材料板的静力问题时精度高,计算效率高,并可进一步推广应用于高阶偏微分方程描述的边值问题。  相似文献   

6.
The finite particle method (FPM) is a modified SPH method with high order accuracy while retaining the advantages of SPH in modeling problems with free surfaces, moving interfaces, and large deformations. In both SPH and FPM, kernel gradient is necessary in kernel and particle approximation of a field function and its derivatives. In this paper, a new FPM is presented, which only involves kernel function itself in kernel and particle approximation. The kernel gradient is not necessary in the whole computation, and this approach is thus referred to as a kernel gradient free (KGF) SPH method. This is helpful when a kernel function is not differentiable or the resultant kernel gradient is not sufficiently smooth, and thus it is more general in selecting a kernel function. Moreover, different from the original FPM with an asymmetric corrective matrix, in the new FPM, the resultant corrective matrix is symmetric, and this is advantageous in particle approximations. A series of numerical examples have been conducted to show the efficiencies of KGF‐SPH including one‐dimensional mathematical tests of polynomial functions with equal or variable smoothing length and two‐dimensional incompressible fluid flow of shear cavity. It is found that KGF‐SPH is comparable with FPM in accuracy and is flexible as SPH. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

7.
基于核重构思想的配点型无网格方法的研究--一维问题   总被引:1,自引:0,他引:1  
无网格方法按其离散原理可分为Galerkin型、配点型等。其中Galerkin型无网格方法的实施需要背景网格,不属于真正的无网格法;配点型无网格方法的实施不需要背景网格,是真正的无网格法。本文首先介绍了重构核点法的基本原理,然后基于核重构思想,与配点法相结合,以一维问题为例,研究了配点型无网格方法,对该方法构造过程中的近似函数及其导数的计算、修正函数的计算及方法的实现等问题进行了探讨。并结合若干典型算例,检验了其计算精度与收敛姓。  相似文献   

8.
等几何分析使用 NURBS 基函数统一表示几何和分析模型, 消除了传统有限元的网格离散误差, 容易构造高阶连续的协调单元. 对于结构分析, 选择合适的几何参数可以得到光滑的应力解, 避免了后置处理的应力磨平. 但是由于 NURBS 基函数不具备插值性, 难以直接施加位移边界条件. 针对这一问题, 提出一种基于 Nitsche 变分原理的边界位移条件“弱”处理方法, 它具有一致稳定的弱形式, 不增加自由度, 方程组对称正定和不会产生病态矩阵等优点. 同时给出方法的稳定性条件, 并通过求解广义特征值问题计算稳定性系数. 最后, 数值算例表明 Nitsche 方法在h细化策略下能获得最优收敛率, 其结果要明显优于在控制顶点处直接施加位移约束.}  相似文献   

9.
吴俊超  吴新瑜  赵珧冰  王东东 《力学学报》2022,54(12):3283-3296
无网格法具有高阶连续光滑的形函数, 在结构分析中呈现出显著的精度优势. 但无网格形函数在节点处一般没有插值性, 导致伽辽金无网格法难以直接施加本质边界条件. 采用变分一致尼兹法施加边界条件的数值解具有良好的收敛性和稳定性, 因而得到了非常广泛的应用, 然而该方法仍然需要引入人工参数来保证算法的稳定性. 本文以赫林格?赖斯纳变分原理为基础, 建立了一种变分一致的本质边界条件施加方法. 该方法采用混合离散近似赫林格?赖斯纳变分原理弱形式中的位移和应力, 其中位移采用传统无网格形函数进行离散, 而应力则在背景积分单元中近似为相应阶次的多项式. 此时的无网格离散方程可视为一种新型的尼兹法施加本质边界条件, 其中修正变分项采用再生光滑梯度和无网格形函数进行混合离散, 稳定项则内嵌于赫林格?赖斯纳变分原理弱形式中, 无需额外增加稳定项, 消除了对人工参数的依赖性. 该方法无需计算复杂耗时的形函数导数, 并满足积分约束条件, 保证了数值求解的精度. 数值结果表明, 所提方法能够保证伽辽金无网格法的计算精度最优误差收敛率, 与传统的尼兹法相比明显提高了计算效率.   相似文献   

10.
等几何分析中采用Nitsche法施加位移边界条件   总被引:1,自引:0,他引:1  
陈涛  莫蓉  万能  宫中伟 《力学学报》2012,(2):369-381
等几何分析使用NURBS基函数统一表示几何和分析模型,消除了传统有限元的网格离散误差,容易构造高阶连续的协调单元.对于结构分析,选择合适的几何参数可以得到光滑的应力解,避免了后置处理的应力磨平.但是由于NURBS基函数不具备插值性,难以直接施加位移边界条件.针对这一问题,提出一种基于Nitsche变分原理的边界位移条件"弱"处理方法,它具有一致稳定的弱形式,不增加自由度,方程组对称正定和不会产生病态矩阵等优点.同时给出方法的稳定性条件,并通过求解广义特征值问题计算稳定性系数.最后,数值算例表明Nitsche方法在h细化策略下能获得最优收敛率,其结果要明显优于在控制顶点处直接施加位移约束.  相似文献   

11.
等几何修正准凸无网格法   总被引:4,自引:2,他引:2  
采用等几何B样条基函数的多项式再生条件对无网格形函数的多项式再生条件进行了修正,使得无网格形函数的负值部分明显减少,在域内趋于非负函数,即等几何修正准凸无网格形函数。该准凸无网格形函数仍然具有与传统再生核无网格形函数相似的构造形式,数值实现比较便捷,同时该准凸无网格形函数的多项式再生条件具有准确的修正系数,无需引入额外的人工节点松弛参数。更重要的是,等几何修正准凸无网格形函数可在确保形函数高阶光滑的前提下减小相对支持域,提高计算效率。最后,基于等几何修正准凸无网格形函数对杆梁和膜板结构进行了伽辽金无网格振动分析。结果表明,与标准再生核无网格法相比,等几何修正准凸无网格法具有更优的计算精度。  相似文献   

12.
薄板问题的控制方程为四阶微分方程,因而当采用伽辽金法进行分析时,形函数需要满足C$^{1}$连续性要求,且至少使用二次基函数才能保证方法的收敛性.无网格形函数虽然易于满足C$^{1}$连续性要求,但由于不是多项式,其二阶导数的计算较为复杂耗时,同时也对刚度矩阵的数值积分提出了更高的要求.本文提出了一种薄板分析的线性基梯度光滑伽辽金无网格法,该方法的基础是线性基无网格形函数的光滑梯度.在梯度光滑构造的理论框架内,无网格形函数的二阶光滑梯度可以表示为形函数一阶梯度的线性组合,因而可以提高形函数二阶梯度的计算效率.分析表明,线性基无网格形函数的光滑梯度不仅满足其固有的线性梯度一致性条件,还满足本属于二次基函数对应的额外高阶一致性条件,因此能够恰当地运用到薄板结构的伽辽金分析.此外,插值误差分析也很好地验证了线性基无网格光滑梯度的收敛特性.算例结果进一步表明,线性基梯度光滑伽辽金无网格法的收敛率与传统二次基伽辽金无网格法相当,但精度更高,同时刚度矩阵所需的高斯积分点数明显减少.   相似文献   

13.
Réthoré  J.  Elguedj  T.  Simon  P.  Coret  M. 《Experimental Mechanics》2010,50(7):1099-1116
In this paper, we propose to investigate the potential improvement of using Non-Uniform Rational B-Spline (NURBS) functions for displacement measurements by digital image correlation (DIC). The aim is at improving the performance of DIC to capture with low uncertainty and low noise levels not only the displacement field but also its derivatives. Indeed, when the displacement field is used to feed constitutive law identification procedures, displacement derivatives are required and thus may be measured with robustness. Two examples illustrate the potential of NURBS for DIC: a compressive test on a wood sample and a bending test on a steel beam. For the latter, beam kinematics are adopted and NURBS are used in order to capture the variation of the curvature (second derivative of the displacement) along the beam axis. For these two examples, an error study based on a decomposition of the error into the correlation error and the interpolation error, is carried out and shows the great potential of NURBS functions for DIC.  相似文献   

14.
插值型重构核粒子法的形函数具有离散点插值特性和不低于核函数的高阶光滑性,因而不仅可以直接施加本质边界条件,同时也保证了较高的计算精度.本文将弹性动力学方程作拉氏变换后,在变换域内用插值型重构核粒子法求解,最后再借助Durbin数值反演方法求得时间域的解.针对典型的弹性动力学问题,给出了插值型重构核粒子法的数值算例,并验证了本文方法的有效性.  相似文献   

15.
形状设计灵敏度分析的改进的再生核质点法   总被引:3,自引:0,他引:3  
基于物质导数概念和直接微分法,将再生核质点法应用于形状设计灵敏度分析(DSA)中。导出了基于无网格近似的灵敏度方程,特别强调了在考虑形状函数关于设计变量的物质导数时无网格方法与有限元法的不同。通过对RKPM形状函数及其物质导数进行矩式显式表述,提高了无网格方法的计算效率。对两个二维线弹性问题进行了位移灵敏度和应力灵敏度分析,计算结果与解析解吻合的很好;同时通过对通常的RKPM和改进的RKPM计算耗时的比较,显示了该方法不仅有效,而且可以显著地提高计算效率。  相似文献   

16.
施加边界条件的不足是SPH方法的一个棘手问题,因为在结构边界外没有颗粒的存在,使得在边界处核函数的单位特性不能得到满足。施加"伪"颗粒是目前通用的一种方法,但是对于不规则结构和复杂几何边界,确定这些"伪"颗粒非常困难。本文讨论通过使用满足常数一致性的核函数来改善边界的不足。文章首先通过三种方法推导了满足常数一致性条件的核函数及其函数梯度的表达式,发现了两个不同分母式的表达,分析了满足常数一致性的修正核函数的数学特性。开展了二维和三维的算例比较,结果发现使用修正的核函数对边界条件有明显改善,对计算精度和稳定性也有显著提高。  相似文献   

17.
基于改进的移动最小二乘(MLS)二阶导数近似,建立了一种求解弹性静力问题的无网格弱-强形式结合法(MLS-MWS)。该方法采用节点离散求解域,通过MLS构造形函数,将求解域划分为边界域和内部域,并分别使用控制方程的局部弱形式和强形式来建立离散系统方程。对强形式中涉及的近似函数二阶导数计算,提出了一种将其转化为求两次一阶导数的方法,与传统方法相比,该方法计算简单、精度高。MLS-MWS法结合了弱、强形式无网格法的优点,Neumann边界条件容易满足,并且只需在边界区域进行积分。文中应用该方法分析了两个弹性力学平面问题,分析结果表明本文方法具有良好的精度和收敛性。  相似文献   

18.
A reproducing kernel collocation method based on strong formulation is introduced for transient dynamics. To study the stability property of this method, an algorithm based on the von Neumann hypothesis is proposed to predict the critical time step. A numerical test is conducted to validate the algorithm. The numerical critical time step and the predicted critical time step are in good agreement. The results are compared with those obtained based on the radial basis collocation method, and they are in good agreement. Several important conclusions for choosing a proper support size of the reproducing kernel shape function are given to improve the stability condition.  相似文献   

19.
The kernel gradient free (KGF) smoothed particle hydrodynamics (SPH) method is a modified finite particle method (FPM) which has higher order accuracy than the conventional SPH method. In KGF‐SPH, no kernel gradient is required in the whole computation, and this leads to good flexibility in the selection of smoothing functions and it is also associated with a symmetric corrective matrix. When modeling viscous incompressible flows with SPH, FPM or KGF‐SPH, it is usual to approximate the Laplacian term with nested approximation on velocity, and this may introduce numerical errors from the nested approximation, and also cause difficulties in dealing with boundary conditions. In this paper, an improved KGF‐SPH method is presented for modeling viscous, incompressible fluid flows with a novel discrete scheme of Laplacian operator. The improved KGF‐SPH method avoids nested approximation of first order derivatives, and keeps the good feature of ‘kernel gradient free’. The two‐dimensional incompressible fluid flow of shear cavity, both in Euler frame and Lagrangian frame, are simulated by SPH, FPM, the original KGF‐SPH and improved KGF‐SPH. The numerical results show that the improved KGF‐SPH with the novel discrete scheme of Laplacian operator are more accurate than SPH, and more stable than FPM and the original KGF‐SPH. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

20.
李杰  孙伟玲 《计算力学学报》2016,33(4):543-548,587
采用一般质点近似和再生核质点近似表示系统响应量,给出了动力系统响应量的一般表达式。在此基础上,发展了一类求解广义概率密度演化方程的再生核质点加密算法,给出了详细求解步骤。以单自由度系统为例,从响应概率密度的角度考察了再生核质点加密算法的精度。以多自由度框架结构为例,验证了再生核质点加密算法求取非线性随机动力系统响应概率密度的正确性。  相似文献   

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