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.     

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．     

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。     

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.     

数值求解Navier-Stokes方程的迎风紧致差分格式

从迎风紧致逼近[1]出发,提出数值求解可压Navier-Stokes方程的一种高精度的数值方法.利用Steger-Warming的通量分裂技术[2]将守恒型方程中的流通向量分裂成两部分,在此基础上据风向构造逼近于无粘项的三阶迎风紧致有限差分格式.对方程中的粘性部分采用通常的二阶差分逼近.所建立的差分格式被用来数值求解了三维粘性绕流问题.     

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。     

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。     

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.     

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.     

NND格式在理想磁流体方程组中的应用

针对守恒型磁流体力学方程组（MHD）和流体力学方程组（HD）通量项不同特点,提出了一种能够采用无振荡、无自由参数（NND）格式离散MHD方程组的通量分裂方法,并首先在一维模型方程中验证了方法的可行性,进一步全三维离散了MHD方程组,在轴对称盔形磁场位形太阳风流动的数值试验中,选取46个太阳半径（Rs)的计算域,其中能够反映行星际空间物理参数在径向有大到8－9个量级变化的特点。计算结果表明针对气动力学跨音速流动的NND格式可以推广到磁体力学方程组中,并有很好的稳定性。     

空化、超空化流动的数值模拟方法研究

基于结构化网格,运用可压缩流N—S方程及k-ε湍流模型对流场进行求解,在低压区域引入一种基于混合密度函数的空化模型对轴对称体的空化、超空化流动进行了数值模拟．通过将半球圆柱的计算结果与实验数据和前人的计算结果进行对比,验证了所发展的数值方法的可靠性．最后,采用非定常的数值方法,研究了钝头体射弹的空化、超空化流动特性,并模拟了其超空泡的发展过程．     

AN ADAPTIVE UNSTRUCTURED TRI-TREE ITERATIVE SOLVER FOR MIXED FINITE ELEMENT FORMULATION OF THE STOKES EQUATIONS

An iterative adaptive equation solver for solving the implicit Stokes equations simultaneously with tri-tree grid generation is developed. The tri-tree grid generator builds a hierarchical grid structure which is mapped to a finite element grid at each hierarchical level. For each hierarchical finite element grid the Stokes equations are solved. The approximate solution at each level is projected onto the next finer grid and used as a start vector for the iterative equation solver at the finer level. When the finest grid is reached, the equation solver is iterated until a tolerated solution is reached. In order to reduce the overall work, the element matrices are integrated analytically beforehand. The efficiency and behaviour of the present adaptive method are compared with those of the previously developed iterative equation solver which is preconditioned by incomplete LU factorization with coupled node fill-in. The efficiency of the incomplete coupled node fill-in preconditioner is shown to be largely dependent on the global node numbering. The preconditioner is therefore tested for the natural node ordering of the tri-tree grid generator and for different ways of sorting the nodes.     

广义对流扩散方程的隐式特征线混合元方法

提出了一个广义对流扩散方程的混合有限元方法,方程的基本变量及其空间梯度和流量在单 元内均作为独立变量分别插值. 基于胡海昌-Washizu三变量广义变分原理结合特征线法给 出了控制方程的单元弱形式. 混合元方法采用基于一点积分方案并结合可以滤掉虚假的 数值震荡的隐式特征线法. 数值结果证明了所提出的方法可以提供和四点积分同样的数 值计算结果,并能够提高计算效率.     

基于运动约束解过约束并联机构变形协调方程

提出利用运动约束关系来间接求解过约束并联机构变形协调方程．首先介绍了该方法的原理,接着分别针对平面和空间过约束并联机构,详述该方法的解决步骤,结果验证了该方法的正确性,从中还可看出该方法在求解复杂过约束并联机构时非常简洁,最后介绍了采用该方法解决多度过约束问题．