改进的移动最小二乘法

近年来发展的无网格方法大多采用移动最小二乘法来构造试函数,而应用移动最小二乘法形成的方程组有时会是病态的甚至奇异的,从而限制了它的发展和应用.本文采用带权正交函数作为基函数对移动最小二乘法做了改进,避免出现病态方程组,且在计算过程中不需要进行矩阵求逆运算,提高了计算速度.之后,借鉴牛顿法、平衡法和摄动法对由移动最小二乘法得到的非线性代数方程组提出了新的求解方法.     

移动最小二乘浸没边界法中的权函数影响分析

考察了浸没边界法中运用移动最小二乘法构造的插值形函数的影响。通过在移动最小二乘法中采用不同的权函数,分析了相应的插值形函数的性质,并与传统的离散delta函数做了比较。以静止流体中的水平振荡圆柱为例,阐明了形函数对圆柱阻力系数的幅值和光滑性的影响,得到了较优的形函数分布,并将结果与文献对比验证了本文方法的可靠性。     

不同材料契合弹性力学问题的虚边界元最小二乘法

本文针对不同材料契合弹性力学问题,由虚边界元方法出发,建立了引入拉氏乘子的最小二科解法,对该类问题避免了采用Ｈｅｔｅｎｙｉ’ｓ基本解的麻烦和限制。数值结果表明本文算法的有效性和计算精度高。     

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。     

虚边界元最小二乘配点法

本方法是在虚边界上进行数值积分,在实边界上有限个点处满足给定问题边界条件的一种数值算法。在虚边界上积分是为能寻求到使原问题得到正确解的较好的分布虚体力;在实边界上配点,是依据加权残数法中超额配点,即最小二乘配点法的思想。文中给出了本文方法的基本思想,并给出了壳体的算例。由数值结果表明本文方法的计算精度是令人满意的。     

薄板弯曲问题的虚边界元-最小二乘法

本文提出求解任意形状的薄板弯曲问题的虚边界元-最小二乘法。本法首先利用薄板弯曲平衡方程的格林函数和离开实际边界上分布的未知的横向荷载和法向弯矩函数建立满足实际边界条件的积分方程;然后采用最小二乘法和沿虚边界分段离散化的待定的分布横向荷载和法向弯矩函数得到求上述积分方程离散化数值解的线性代数方程组。导出了一系列的数值积分的公式,并求解了许多例题,数值结果说明本法完全避免了奇异积分及其复杂的处理方法和耗时的运算,而且在边界及其附近区域解的精度比普通边界元(以后简称边界元)法大大地提高了。     

再论约束最小二乘法

本文介绍的约束最小二乘法如同经典的最小二乘法一样,也普遍适用于各种科学领域.然而,这一方法仅在\"模型修正\"一类论文的附录中出现过.鉴于约束最小二乘法在计算力学和工程问题中愈来愈重要的作用,本文将作者十多年前提出的这一方法稍加扩展(如引入加权因子和讨论了自然权因子的应用等)后,再做一系统的介绍,并随意设计了一个简单考例,证实了约束最小二乘法的有效性.     

加权最小二乘无网格法

在最小二乘法和移动最小二乘近似的基础上提出了加权最小二乘无网格法. 该方法除节点外又引入了一些辅助点,控制方程在所有节点和辅助点处的残差用最小二乘法予以消除,边界条件用罚函数法引入. 另外对移动最小二乘近似进行了改进,并给出了最小二乘法中泛函的简化格式,因而提高了计算效率. 与配点法相比,新方法精度高,稳定性好,并且系数矩阵是对称正定矩阵. 与Galerkin法相比,该方法不需要进行高斯积分,因而计算量小. 算例表明该方法具有效率高、精度高和稳定性好等优点,并且易于实现.     

改进广义移动最小二乘近似的无网格法

无网格法是求解微分方程定解问题的一种新数值方法.移动最小二乘近似只要求近似函数在各节点处的误差的平方和最小,对近似函数导数的误差没有任何约束.而广义移动最小二乘近似要求近似函数及其导数在所有节点处的误差的平方和最小.为了降低计算工作量,本文构造了要求近似函数在全部节点处和任意阶导数在部分节点处误差的平方和最小的改进广义移动最小二乘近似.数值计算显示本文提供的方法关于函数值和各阶导数值都具有很高的精度.     

多体系统Euler-Lagrange方程的最小二乘法与违约修正

针对受完整约束的多体系统动力学Euler-Lagrange方程,在其传统的直接增广算法和零空间方法基础上提出了当系统存在冗余约束情形下的最小二乘法.同时,对应于最小二乘法提出了改进的约束违约修正方法.本文还针对Euler-Lagrange方程的计算过程给出了相应Jacobi矩阵的QR分解和零空间连续正交基的算法.最后,以平行五连杆机构给出了数值结果并与部分现有方法进行比较.     

弹性力学的一种边界无单元法

首先对移动最小二乘逼近法进行了研究,针对其容易形成病态方程组的缺点,提出了以带权的正交函数作为基函数的方法------改进的移动最小二乘逼近法. 改进的移动最小二乘逼近法比原方法计算量小、精度高,且不会形成病态方程组. 然后,将弹性力学的边界积分方程方法与改进的移动最小二乘逼近法结合,提出了弹性力学的一种边界无单元法. 这种边界无单元法是边界积分方程的无网格方法,与原有的边界积分方程的无网格方法相比,该方法直接采用节点变量的真实解为基本未知量,是边界积分方程无网格方法的直接解法,更容易引入边界条件,且具有更高的精度. 最后给出了弹性力学的边界无单元法的数值算例,并与原有的边界积分方程的无网格方法进行了较为详细的比较和讨论.     

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.     

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。     

A STUDY ON THE WEIGHT FUNCTION OF THE MOVING LEAST SQUARE APPROXIMATION IN THE LOCAL BOUNDARY INTEGRAL EQUATION METHOD

The meshless method is a new numerical technique presented in recent years .It uses the moving least square (MLS) approximation as a shape function . The smoothness of the MLS approximation is determined by that of the basic function and of the weight function, and is mainly determined by that of the weight function. Therefore, the weight function greatly affects the accuracy of results obtained. Different kinds of weight functions, such as the spline function, the Gauss function and so on, are proposed recently by many researchers. In the present work, the features of various weight functions are illustrated through solving elasto-static problems using the local boundary integral equation method. The effect of various weight functions on the accuracy, convergence and stability of results obtained is also discussed. Examples show that the weight function proposed by Zhou Weiyuan and Gauss and the quartic spline weight function are better than the others if parameters c and a in Gauss and exponential weight functions are in the range of reasonable values, respectively, and the higher the smoothness of the weight function, the better the features of the solutions.     

A meshless method of a thin plate

A meshless approach to analysis of arbitrary Kirchhoff plates by the local boundary integral equation(LBIE) method is presented. The method combines the advantageous features of, all the three methods: the Galerkin finite element method (GFEM), the boundary element method (BEM) and the element-free Galerkin method (EFGM). It is a truly meshless method, which means that the discretization is independent of geometric subdivision into elements or cells, but is only based on a set of nodes (ordered or scattered) over a domain in question. It involves only boundary integration, however, over a local boundary centered at the node in question; It poses no difficulties in satisfying the essential boundary conditions while leading to banded and sparse system matrices using the moving least square (MLS) approximations. It is shown that high accuracy can be achieved for arbitrary geometries for clamped and simply-supported edge conditions. The method is found to be simple, efficient, and attractive. Project supported by the National Science Foundation of China (No. 19972019).     

势问题的重构核粒子边界无单元法

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. }      

Improved non-singular local boundary integral equation method

When the source nodes are on the global boundary in the implementation of local boundary integral equation method (LBIEM),singularities in the local boundary integrals need to be treated specially. In the current paper,local integral equations are adopted for the nodes inside the domain trod moving least square approximation (MLSA) for the nodes on the global boundary,thus singularities will not occur in the new al- gorithm.At the same time,approximation errors of boundary integrals are reduced significantly.As applications and numerical tests,Laplace equation and Helmholtz equa- tion problems are considered and excellent numerical results are obtained.Furthermore, when solving the Hehnholtz problems,the modified basis functions with wave solutions are adapted to replace the usually-used monomial basis functions.Numerical results show that this treatment is simple and effective and its application is promising in solutions for the wave propagation problem with high wave number.