反平面断裂问题的无单元伽辽金比例边界法

将比例边界法与无单元伽辽金法相结合,建立了反平面断裂分析的无单元伽辽金比例边界法。这是一种边界型无网格法,在环向方向上采用无单元伽辽金法进行离散,因此计算时仅需要边界上的节点信息,不需要边界元所要求的基本解。为了便于施加本质边界条件,通过建立节点值和虚拟节点值之间的关系给出了修正的移动最小二乘形函数。在径向方向上,该方法利用解析的方法求解,因此是一种半解析的数值方法。最后,给出了数值算例,并验证了所提方法后处理简单和计算精度高的特点,适合于求解反平面断裂问题。     

无单元Galerkin法和边界元耦合法

无网格方法与有限元法或边界元法耦合是无网格方法处理边界条件的方法之一,在无网格方法中研究无网格方法与有限元法或边界元法耦合的研究显得非常重要.本文在无单元Galerkin法和边界元法的基础上,基于无单元Galerkin法子域和边界元法子域的界面上位移连续和面力平衡条件,提出了一种新的无单元Galerkin法和边界元法的直接耦合方法,对弹性力学问题详细推导了在整个求解域上的耦合公式.与以往的耦合法相比,这种方法简单直观,不需要增加新的耦合区域,也不需要建立新的逼近函数来保证界面位移的连续性.算例结果表明,该方法具有较好的计算精度.     

质点积分无单元伽辽金法及其在金属挤压过程中的应用

无单元伽辽金法需要在背景网格上积分,计算量大.节点积分无单元伽辽金法把对求解域的积分转化为对节点的求和,效率高,但因零能模态不受控制而会产生不稳定现象,需要采取一定的稳定化方案.本文采用应力点思想,通过Newtor-Cotes法计算积分,建立了质点积分无单元伽辽金法,并通过小变形弹性静力学问题说明了该方法具有良好的稳定性,且计算效率远高于无单元伽辽金法.最后本文将质点积分无单元伽辽金法成功地应用于三维金属挤压成型过程的数值模拟,显示了该方法在分析此类问题时的优势和潜力.     

用无单元法求解河道水流运动方程

本文通过引入滑动最小二乘法和有限差分法,得到水动力学无单元计算法并应用于复杂边界的河道水流运动方程.实际计算表明,该方法精度高,速度快,稳定性也较好.     

无单元法在薄板稳定问题中的应用

用无单元法研究了薄板的弹性稳定问题,从滑动最小二乘法和变分原理出发导出了薄板的无单元法几何刚度矩阵,编制了相应的计算程序,并给出了算例,结果表明,方法合理可行,且精度高于有限元。     

自适应一致性高阶无单元伽辽金法

近来提出的一致性高阶无单元伽辽金法通过导数修正技术大幅度减少了所需积分点数目,并能够精确地通过线性和二次分片试验,显著改善标准无单元伽辽金法的计算效率、精度和收敛性.本文在此基础之上,充分利用无单元法易于在局部区域添加节点的优势,发展了一致性高阶无单元伽辽金法的h型自适应分析方法.根据应变能密度梯度该方法自适应地确定需节点加密的区域,基于背景积分网格的局部多层细化要求生成新的计算节点,同时考虑了节点分布由密到疏渐进过渡的情形.采用相邻两次计算的应变能的相对误差作为自适应过程的停止准则,将所发展自适应无网格法应用于由几何外形、边界外载和体力等因素造成的应力集中问题的计算分析.数值结果表明,所发展方法能够自适应地对高应力梯度区域进行节点加密,自动给出合理的计算节点分布.与已有的标准无网格法的自适应分析相比,所发展方法在计算效率、精度和应力场光滑性等方面均展现出显著优势.与采用节点均匀分布的一致性高阶无单元伽辽金法相比,它大幅度地减少了计算节点数目,有效提高了一致性高阶无单元伽辽金法在分析应力集中等存在局部高梯度问题时的计算效率和求解精度.     

无单元法及其工程应用

无单元法可以求解复杂边界条件的边值问题,它只需结点信息而不需单元信息,故信息简单,特别适用于岩土工程数值分析．它的理论基础是滑动最小二乘法．本文对无单元法的基本理论作了研究,并用算例说明了研究成果．     

无单元伽辽金法在船体开孔板格弹性屈曲分析中的应用

针对船体开孔板格弹性屈曲问题,评估了无单元伽辽金法(EFG)的适用性。编程计算分别基于MLS近似和移动Kriging插值两种形函数构造方式进行,以ABAQUS有限元解为基准确定了两种算法最佳内置参数,对比分析了计算耗时和相对误差。结果表明:MLS-EFG算法在不同的板格尺寸、开孔位置、载荷条件下的结果都比较准确,具有较好的适用性;而MK-EFG算法的计算速度更优,但在纯剪切屈曲分析时计算结果存在一定程度的正偏差。本研究可为无网格法在船体结构设计中的推广应用提供参考。     

无单元伽辽金法的并行计算

对无单元伽辽金法的并行计算进行了详细研究,并将其应用于弹性动力学问题。使用并行桶搜索算法进行节点搜索,使用并行几何搜索算法进行样点搜索,讨论了移动最小二乘MLS(Moving Least Squares)形函数及其导数的并行计算和方程组的并行求解,并利用多层图形划分实现负载平衡。最后给出了并行无单元伽辽金法应用于弹性动力学的计算流程和实例。计算结果表明无单元伽辽金法具有很高的并行性和很好的并行效率,对其进行并行计算具有非常重要的意义。     

关于无单元法的若干注记

无单元法(element free method)或无网格法(meshless method),自20世纪90年代以来在国际计算力学界受到广泛重视. 近几年,美国西北大学T. Belytschko,加州洛杉矶大学S.N. Atluri等发表了众多论文,还配合MATLAB高功能程序软件应用于固体力学问题$^{[1sim4]}$ .我国科技界也迅速推广应用,2000年,清华大学陆明万等$^{[5]}$对无单元法作了综合介绍.近来,笔者从多次学术会议和研究生答辩中感到,在我国为保证无单元法快速正确地应用与发展,有必要在某些方面作一点说明和注记,旨在邦助青年学者们端正看法,掀起一个小小的研究高潮.      

固体力学中的无网格方法

简要地介绍了目前在无网格方法中主要使用的近似方案：移动最小二乘法、核函数法和单位分解法,并对这些方案的联系及各自的一致性条件进行了讨论;此外,对于无网格方法在数值计算中的离散方案、积分方案、边界条件的引入以及如何处理场函数或其导数的不连续性加以论述．     

一种求解三维声腔声压分布问题的无网格法

利用传统有限元法求解声压分布问题常常受到污染误差和色散误差的困扰.加权最小二乘无网格法(MWLS)是一种基于移动最小二乘(MLS)近似的无网格方法,求解声腔声压分布问题具有低色散、高精度的特点.然而传统的MLS近似有时容易产生病态矩阵,利用加权正交基函数构建改进的移动最小二乘(IMLS)近似,得到的系统方程为非病态的.论文基于改进的加权最小二乘无网格法(IMWLS)求解三维声腔内部声压分布.计算得到的声压分布和声压频响曲线都与参考值十分吻合,峰值误差和污染误差都比FEM的小,计算成本相比无单元伽辽金法显著降低.计算结果表明IMWLS相比传统的FEM,能在更高的频段内达到高精度,并且相比EFGM能大幅提高计算效率.     

无网格方法的研究进展与展望

目前正在发展的无网格方法采用基于点的近似,可以彻底或部分地消除网格,因此在处理不连续和大变形问题时可以完全抛开网格重构.无网格方法是目前科学和工程计算方法研究的热点,也是科学和工程计算发展的趋势.本文首先简单地阐述了无网格方法,然后详细叙述了目前提出的各种无网格方法的研究进展,最后对目前无网格方法存在的问题进行了探讨,提出了今后的研究方向.     

弹性力学的复变量无网格流形方法

为克服无网格流形方法配点过多、计算速度慢、容易形成病态方程组等缺点,将复变量移动最小二乘法与无网格流形方法相结合,提出了弹性力学的复变量无网格流形方法。分别采用线性基本与二次基进行计算,并与无网格流形方法相比。研究表明该方法计算量小、精度高。     

Efficient simulation of free surface flows with discrete least-squares meshless method using a priori error estimator

In this article, a priori error estimate is employed to improve the efficiency of simulating free surface flows with discrete least-squares meshless (DLSM) method. DLSM is a fully least-squares approach in which both function approximation and the discretisation of the governing differential equations is carried out using a least-squares concept. The meshless shape functions are derived using the moving least-squares (MLS) method of function approximation. The discretised equations are obtained via a discrete least-squares method in which the sum of the squared residuals are minimised with respect to unknown nodal parameters. The governing equations of mass and momentum conservation are solved in a Lagrangian form using a pressure projection method. The proposed simulation strategy is composed of error estimation and a node moving refinement method. Since in free surface problems, the position of the free surface is of primary interest, a priori error estimate is used which automatically associates higher error to the nodes near the free surface. The node moving refinement method is used to construct a nodal configuration with dense nodal arrangement near the free surface. Four test problems namely dam break, evolution of a water bubble, solitary wave propagation and wave run-up on slope are investigated to test the ability and efficiency of the proposed efficient simulation method.     

Galerkin meshless methods based on partition of unity quadrature

Introduction Meshlessmethodsarenewmethodsofnumericalcomputationwhichhavebeendeveloped rapidlyinrecentyears.Inthesemethods,onlynodesareneeded,meshinformationistotally unnecessary.Thiscanavoidorpartlyavoidthedifficultyofmeshgeneration.Duetohigh accuracyandstability,Galerkinmeshlessmethodsareappliedbroadly,butitisunavoidable tocomputetheintegrationoverthewholephysicaldomaininGalerkinweakform,whichisa greatchallengeforGalerkinmeshlessmethodsbecauseoftheabsenceofmesh.TocarryouttheintegrationinGal…     

插值型维数分裂无网格法中本质边界条件施加方法研究

本文以求解三维波动方程为例,介绍了改进的插值型维数分裂无单元Galerkin方法,推导了方程的弱形式,构造了具有插值特性的逼近函数,建立了可直接施加本质边界条件的离散方程组,研究不同本质边界条件施加方法对计算结果的影响．本文列举了三种常用的处理本质边界条件的方法：直接配点法、对角元素置大数法和对角元素化一法．选取了三个数值算例,分别采用不同的本质边界条件施加方法,分析计算结果,证明了三种施加方法的有效性,讨论了每种施加方法的优缺点,并针对问题需求选出合适的施加本质边界条件的方法．与改进的无单元Galerkin方法相比,改进的插值型维数分裂无单元Galerkin方法具有更高的计算精度和更快的计算速度．     

局部正交无网格伽辽金法的研究及其在含多裂纹多孔结构中的应用

通过对无网格法中正交基函数的研究,提出局部正交无网格伽辽金法,局部正交基函数保持原正交基函数的性质,但其导数具有了通式,简洁明了,易于编程实现,计算效率高,并将其应用到求解含多裂纹多孔均匀拉伸板的应力强度因子中,计算结果与用正交无网格伽辽金法和有限元法得到的结果进行比较,证明了局部正交无网格伽辽金法的可行性和正确性。     

AN IMPROVED HYBRID BOUNDARY NODE METHOD IN TWO-DIMENSIONAL SOLIDS

The hybrid boundary node method （HBNM） is a promising method for solving boundary value problems with the hybrid displacement variational formulation and shape functions from the moving least squares（MLS） approximation. The main idea is to reduce the dimensionality of the former and keep the meshless advantage of the latter. Following its application in solving potential problems, it is further developed and numerically implemented for 2D solids in this paper. The rigid movement method is employed to solve the hyper-singular integrations. Numerical examples for some 2D solids have been given to show the characteristics. The computation results obtained by the present method are in excellent agreement with the analytical solution. The parameters that influence the performance of this method are studied through numerical examples.