一类具有自适应性质的组合TVD格式的构造

本文分析比较了些典型的ＴＶＤ格式，发现各种ＴＶＤ格式对解的分辨能力有差别，格式中存在耗散性和压缩性的矛盾。在分析了格式的构造以及产生耗散、压缩作用的原因后，本文提出了一种具有自适应能力的ＴＶＤ格式的组合形式，该格式在解的剧烈变化区域，有较高的分辨能力；在解的光滑区域避免了由于压缩性过强造成的失真，数值试验表明该格式具有良好的性质．     

求解双曲守恒律方程的WENO型熵相容格式

通过在单元交界面处进行高阶WENO重构,得到了一种求解双曲型守恒律方程的WENO型熵相容格式。用该格式对一维Burgers方程和Euler方程进行数值模拟,结果表明,该格式具有高精度、基本无振荡性等特点。

     

TVD三阶和四阶格式求解渗流方程新方法

在使用显式格式计算含水率曲线过程中,如果空间步长太大,则会造成差分格式的不稳定.为了减弱空间步长带来的影响,建立了TVD三阶和四阶格式来计算两相流问题的含水率,与一点上游加权格式和两点上游加权格式进行比较,可以看出,用TVD格式计算的结果与实际结果更接近;该格式在稳定性方面也比上游加权格式稳定,Courant数的大小对格式的稳定性起决定作用.     

用隐式方法和WENO格式计算悬停旋翼跨声速无粘流场

寻找一种能够准确计算以涡为主要特征的复杂流场和克服尾迹耗散问题的数值方法,一直是旋翼空气动力学研究的热点和难点。本文发展了一种基于高阶迎风格式计算悬停旋翼无粘流场的隐式数值方法。无粘通量采用Roe通量差分分裂格式,为提高精度,使用五阶WENO格式进行左右状态插值,并与MUSCL插值进行比较。为提高收敛到定常解的效率,时间推进采用LU-SGS隐式方法。用该方法对一跨声速悬停旋翼无粘流场进行了数值计算,数值结果表明WENO-Roe的激波分辨率高于MUSCL-Roe,体现出了格式精度的提高对计算结果的改善,LU-SGS隐式方法的计算效率比5步Runge-Kutta显式方法的高。     

概率密度演化方程TVD格式的自适应时间步长技术及其初值条件改进

随机性普遍存在于实际工程问题中,而复杂结构的非线性随机响应分析是其中的一个难点,近年发展的概率密度演化方法为此类问题的求解提供了新的途径.由于实际问题的复杂性,概率密度演化方程通常采用数值方法求解,因此提高计算效率和求解精度对实际应用具有重要意义.本文基于变网格技术,推导了概率密度演化方程在非均匀时间步长上的总变差减小(total variation diminishing,TVD)差分格式,算例结果表明通过自适应插值可将迭代次数减少为原来的43.4%,当随机过程样本持续时间增大时均值估计的平均误差基本不变,而标准差估计的平均误差不断增大,但增大幅度不断减小;计算耗时随样本持续时间的增大也呈增大趋势,而由于使用了时间步长自适应插值算法导致有些情况下长持时样本的计算耗时反而比短持时样本的计算耗时短;在传统的脉冲函数型初值条件基础上,提出了一种高阶导数更稳定的余弦函数型初值条件形式.结果表明,脉冲函数型的初值条件是余弦函数型初值条件的一个特例,当参数取值适当时,余弦函数型初值条件的数值求解结果具有更高的精度.本文的工作进一步完善了概率密度演化方程的求解方法,为其在实际工程中的应用提供了基础.      

小波插值方法自适应数值求解时间进化微分方程

应用小波自相关函数的插值性质,得到任意给定函数的插值小波表达式,然后对其直接求导,可以得到函数导数的表达式。导数运算不再应用差分算法,扩展了小波方法在数值求解微分方程中的应用。由于小波基函数的有限支撑特点,小波方法可以有效地处理微分方程中解的局部突变问题。通过设定小波系数阀值,实现了求解过程的自适应。本文给出了两个算例,结果表明了算法的自适应特点及其向二维空间问题推广的有效性。     

多尺度有限差分方法求解波动方程

小波分析是多尺度分析方法，本文利用具有紧支集的正交小波变换对有限差分方程进行空间多尺度近似，提出适合于层状介质波传问题数值计算的多尺度有限差分方法，将波动方程的求解转换到小波域中进行。利用小波基的自适应性与消失矩特性，有效减少了计算量、提高了稳定性，扩大了可求解的速度范围。地球物理勘探中的数值实例显示了算法具有良好效率。     

TVD自相容流体力学拉氏格式研究

流体力学数值模拟格式总体上可分为Eulerian(欧氏)、Lagrangian(拉氏)和ALE(Arbitrary LagrangianEulerian),TVD广泛应用于Eulerian格式。本文利用具有TVD保持性质的Runge-Kutta型时间离散方法,构造了流体力学Lagrangian(拉氏)自相容格式,应用von Neumann小扰动技术分析了该格式的稳定性,并进行了相应的数值模拟,较好地抑制了激波波后非物理振荡。     

求解一维理想磁流体方程的移动网格熵稳定格式

磁流体方程的数值求解在等离子体物理学、天体物理研究以及流动控制等领域具有重要意义,本文构造了用于求解理想磁流体动力学方程的基于移动网格的熵稳定格式,此方法将Roe型熵稳定格式与自适应移动网格算法结合,空间方向采用熵稳定格式对磁流体动力学方程进行离散,利用变分法构造网格演化方程并通过Gauss-Seidel迭代法对其迭代求解实现网格的自适应分布,在此基础上采用守恒型插值公式实现新旧节点上的量值传递,利用三阶强稳定Runge-Kutta方法将数值解推进到下一时间层。数值实验表明,该算法能有效捕捉解的结构(特别是激波和稀疏波),分辨率高,通用性好,具有强鲁棒性。     

求解二维Euler方程的时一空守恒格式

将作者原来得出的一维时－空守恒格式推广到了二维情形,得到了二维Ｅｕｌｅｒ方程的时．空守恒格式,并用几个典型算例进行了检验计算,结果表明：得到的二维时一空守恒格式保留了一维格式所有的优点,格式简单,通用性强,对微波等间断具有很高的分辨率．     

THE PARALLEL BLOCK ADAPTIVE MULTIGRID METHOD FOR THE IMPLICIT SOLUTION OF THE EULER EQUATIONS

A method capable of solving very fast and robust complex non-linear systems of equations is presented. The block adaptive multigrid (BAM) method combines mesh adaptive techniques with multigrid and domain decomposition methods. The overall method is based on the FAS multigrid, but instead of using global grids, locally enriched subgrids are also employed in regions where excessive solution errors are encountered. The final mesh is a composite grid with uniform rectangular subgrids of various mesh densities. The regions where finer grid resolution is necessary are detected using an estimation of the solution error by comparing solutions between grid levels. Furthermore, an alternative domain decomposition strategy has been developed to take advantage of parallel computing machines. The proposed method has been applied to an implicit upwind Euler code (EuFlex) for the solution of complex transonic flows around aerofoils. The efficiency and robustness of the BAM method are demonstrated for two popular inviscid test cases. Up to 19-fold acceleration with respect to the single-grid solution has been achieved, but a further twofold speed-up is possible on four-processor parallel computers.     

AN ACCURATE FINITE DIFFERENCE SCHEME FOR SOLVING CONVECTION-DOMINATED DIFFUSION EQUATIONS

Approximating convection-dominated diffusion equations requires a very accurate scheme for the convection term. The most famous is the method of backward characteristics, which is very precise when a good interpolation procedure is used. However, this method is difficult to implement in 2D or 3D. The goal of this paper is to show that it is possible to construct finite difference schemes almost as accurate as the method of characteristics. Starting from a family of second- and third- order Lax–Wendroff-type schemes, a TVD and L^∞- stable scheme that is easy to implement in higher dimensions is constructed. Numerical tests are performed on various model problems whose solution is known and on classical problems. Comparisons with some other limiter schemes and the method of characteristics are discussed. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

NND格式在非结构网格中的推广

在张涵信提出的无波动、无自由参数的差分格式（ＮＮＤ格式）的基础上，构造了适用于非结构网格的二阶精度ＮＮＤ有限体积格式，解决了现有非结构网格方法中为抑制激波附近的波动而必须引入含自由参数的人工粘性项的困难，并采用网格自适应技术以提高效率．通过对二维平板激波反射和前台阶在管道内的流动问题的计算，表明本方法可有效地用于Ｅｕｌｅｒ方程的求解．     

比例边界坐标插值方法在谱元法中的应用——无穷域Euler方程的数值模拟

将比例边界坐标插值方法引入谱元法, 构成比例边界谱单元, 对无穷域Euler方程进行数值模拟.阐述了比例边界谱单元的基本使用方法以及基于比例边界谱元的Runge-Kutta间断Galerkin方法求解Euler方程的过程;计算了无穷域圆柱和NACA0012翼型绕流问题, 并与已有结果进行了比较, 显示了计算结果的正确性.用基于比例边界谱元的间断Galerkin方法求解无穷域Euler方程时, 最多只需将求解域划分为2个子域, 避免了一般谱方法将求解域划分为9个或者27个子域的麻烦. 比例边界谱单元为无穷域Euler方程的直接求解提供了一个可供参考的方法.     

THE APPLICATION OF A FINITE DIFFERENCE/FINITE VOLUME ALGORITHM TO SOLVE MAXWELL'S EQUATIONS IN THE TIME DOMAIN

Abstract

A finite volume/finite difference method based on Ni's multigrid formulation is introduced for the solution of Maxwell's equations. The scheme is presented for the cases of transverse magnetic scattering from two-dimensional circular and square cylinders, as well as from NACA 0012 airfoil. The codes are validated against the traditional Method of Moments, which is analogous to a panel method in CFD. The circular cylinder scattering is compared to the analytical series solution for better understanding how the roles of numerical dispersion and dissipation errors affect the solution. The reflecting boundary conditions are modeled by the idea of inducing fields inside the conductor and a method of modeling the singularities that arise at a sharp corner is presented. Absorbing boundary conditions are modeled by integrating along the characteristic compatibility equations in the direction of the outgoing wave.     

群桩作用机理的数值试验研究

 在分析桩土支撑体系及其相互作用关系的基础上，利用有限元分析软件ANSYS建立了群桩 体系计算模型. 通过对均质土体例题计算结果分析，可以看出利用该建模方法与传统解答有 很好的一致性. 根据辽宁工程技术大学实验馆场地土实测资料，利用该建模方法，求解出了承台与桩的 荷载分担比，对安全、经济地进行群桩基础设计具有重要指导作用和应用价值.     

Kinetic theory based multi-level adaptive finite difference WENO schemes for compressible Euler equations

In this paper we proposed the kinetic framework based fifth-order adaptive finite difference WENO schemes abbreviated as WENO-AO-K schemes to solve the compressible Euler equations, which are quasi-linear hyperbolic equations that can admit discontinuous solutions like shock and contact waves. The formulation of the proposed schemes is based on the kinetic theory where one can recover the Euler equations by applying a suitable moment method strategy to the Boltzmann equation. The kinetic flux vector splitting strategy is used in WENO-AO framework, which produces the computationally expensive error and exponential functions. Thus, to reduce the computational cost, a physically more relevant peculiar velocity based splitting strategy is used, which is more efficient than the kinetic flux vector splitting. High order of accuracy in time is achieved using the third-order total variation diminishing Runge–Kutta (TVD-RK) scheme. Several one- and two-dimensional test cases are solved for the compressible Euler equations using the proposed fifth-order WENO-AO-K schemes and the results are compared with conventional WENO-AO scheme. Proposed schemes capture the complex flow features in a smooth region accurately, and discontinuity is also well resolved. Error analysis of the proposed schemes shows optimal convergence rates in various norms.     

基于节点密度的自适应EFG法拓扑优化方法研究

针对无网格法拓扑优化中设计变量庞大、计算效率低的问题,提出了基于节点密度的自适应EFG拓扑优化方法.该方法以节点相对密度为设计变量,建立了以结构柔度最小为优化目标的自适应EFG拓扑优化模型,给出了拓扑优化中自适应节点加密准则、节点加密方法和新增节点设计变量更新规则.算例结果表明,采用论文提出的自适应EFG拓扑优化方法进行结构拓扑优化时,可以减少结构分析和优化的设计变量数目,提高优化效率.     

AUFS格式在无网格方法中的应用

将计算量小,激波分辨率高的AUFS (artificially upstream flux vector splitting) 格式应用于无网格方法. 所发展算法基于多项式基函数最小二乘无网格方法,采用线性基函数曲面拟合及AUFS 格式计算各离散点的空间导数,应用四阶Runge-Kutta 法进行时间显式推进. 为验证算法健壮性、精度以及计算效率,对Riemann 问题、超音速平面流动,以及不同攻角NACA0012 翼型跨音速流场进行了数值模拟,其结果同采用HLLC (Harten-Lax-van Leer-contact) 格式的无网格方法以及文献报道结果吻合较好,并且计算量较形式简单HLLC 格式减少约15%.