带源参数的热传导反问题的无网格方法

利用无网格有限点法求带有源参数的一维热传导反问题，推导了相应的离散方程.与其他基于网格的方法相比，有限点法采用移动最小二乘法构造形函数，只需要节点信息，不需要划分网格，用配点法离散求解方程，可以直接施加边界条件，不需要在区域内部求积分，减小了计算量.用有限点法求解热传导反问题具有数值实现简单、计算量小、可以任意布置节点等优点.最后通过算例验证了该方法的有效性.     

使用AMR型背景网格的并行SPH方法

在分布式并行SPH方法中根据网格范围内粒子最大光滑长度调整网格尺度的AMR（Adaptive Mesh Refinement）背景网格,确保网格内粒子的相邻粒子位于同一个网格或者相邻的同尺寸网格范围内.与统一尺寸的背景网格相比,在光滑长度空间分布不均匀和随时间变化的情况下能够应用并减小搜索量,提高计算效率.数值结果表明,基于AMR型背景网格的并行SPH方法应用到粒子光滑长度变化很大的数值计算时能有效地降低搜索复杂度.     

球形阵列自适应网格分层定位算法

刚性球形传声器阵列可以在无空间模糊的条件下进行球谐域数据处理,基于球形阵列的可控波束形成器导向响应功率(SRP)算法定位精度高,但是计算量大,计算效率低。通过将球面致密的全局网格搜索替换为分层搜索策略可以有效减小SRP算法的计算量。提出MRE-SRP算法保持球形阵列SRP定位精度的同时降低计算量,首先通过球谐域MUSIC(SH-MUSIC)算法判断入射声源的数量减小搜索区域;其次将相对熵模型引入球谐域SRP(SH-SRP)定位算法中,提取网格分层前后的信息增益,设计自适应网格选择判据,实现分层多分辨率网格的精准再细分,从而降低计算量。实验验证了所提出算法的性能,结果显示在单双声源定位中,该算法可以实现较高的定位精度,精准选择分层网格,计算量减少75%以上。     

Towel型域到方形计算域全局同胚网格的数值生成方法

对任意维Towel型物理域 D到方形计算域D_c 的全局同胚映射数值实现方法进行研究,给出了任意维等参数正变换的数值迭代求解方法,并就迭代求解方法的误差进行分析,给出了数值网格点互不重合的一个充分性条件.最后,根据该方法,给出了钱塘江口的二维不重叠数值网格生成算例.     

无网格方法中的背景积分方案及单颗粒下降过程的数值模拟

在用无网格方法对有边界移动的气固两相流动进行数值模拟时发现,如果采用背景积分网格对求解域进行积分,将会产生压力场的数值振荡,使计算结果失真.详细分析了产生这种数值振荡的原因,提出了解决方案,并计算了一个颗粒在管道内的下降过程.计算结果表明,提出的解决方案能有效地降低压力场的数值振荡,从而使无网格方法能应用于气固两相流动的直接数值模拟.     

基于最佳搜索域的水下图像区域匹配算法研究

针对水下双目图像匹配时不再满足空气中极线约束条件以及归一化互相关(NCC)算法处理水下图像计算量大等问题,提出了一种基于最佳搜索域的水下图像区域匹配算法。对双目摄像机进行标定得到相关参数,并获取参考图和待匹配图;运用曲线极线约束计算出与空气中极线的最大偏离值,确定最佳搜索域;用NCC进行匹配,将原来的线性搜索改为在最佳搜索域中进行多行搜索,提高匹配精度;并应用盒滤波技术加速,提高匹配速度。实验结果表明,该算法达到了尺度不变特征变换(SIFT)算法的匹配精度,可以应用在整幅图中进行稠密匹配,且运算速度比原有NCC匹配算法大大提高,成功将区域匹配算法应用于水下环境中。     

耦合方法在超高速碰撞数值模拟中的应用

 相比于传统的数值方法，无网格光滑粒子法（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）更适合模拟超高速碰撞问题，它能够清晰地模拟材料界面，并且能够克服中网格大变形导致的数值不稳定。然而在SPH方法中，为了得到t时刻一个节点上的物理量，需要先找出与它相互作用的临近节点，导致计算速度很慢，计算所需的时间远远大于有限元方法所需的时间。采用SPH与Lagrange法相耦合的方法对3D超高速碰撞过程进行了模拟研究。计算结果表明：SPH与Lagrange法耦合方法的计算结果与SPH计算结果精度接近，并且能够大大地节省计算时间。     

温度体动网格模型中控制参数的研究

采用调整导热系数和源项分布的方式,对温度体动网格模型所生成的网格品质进行控制.温度体动网格模型将运动边界的位移虚拟为求解域的温度边界条件,以流体能量方程或固体导热方程作为控制方程,通过选取不同的导热系数或源项分布可以得到适合不同求解问题需要的温度分布,并将求解得到的网格节点的温度作为其动态位移量.采用温度体动网格模型计算平动、三维旋转运动、柔性体运动等流固耦合计算中可能涉及的动网格算例.结果表明,在计算效率和生成网格的品质方面,与已有的动态网格生成方法相比,具有较大的优势,可以有效解决流固耦合数值模拟中存在的动态网格生成难题.     

结合前沿推进的Delaunay三角化网格生成及应用

采用一种新的混合网格生成方法,生成复杂区域的非结构化网格.结合前沿推进法和Delaunay三角化两种非结构网格生成方法的特点,在边界处采用前沿推进法进行三角形初始网格的生成,在边界区域内部采用Delaunay三角化方法自动生成内部节点.分析表明,该算法简化网格生成过程,能够快速有效地生成非结构化网格.在计算时间以及网格的均匀性方面与其他方法相比具有一定的优势.最后,用混合网格生成方法生成方柱绕流的计算域网格,并运用基于特征线方程的分离算法进行流场计算.     

局部时间步长间断有限元方法求解三维欧拉方程

使用间断有限元方法求解三维流体力学方程.空间剖分采用非结构四面体网格,为了克服显格式在单元网格尺寸差别较大时计算效率低下的问题,在格式中采用局部时间步长技术(LTS),即控制方程在空间、时间上积分得到一种单步格式,既可以局部计算每个单元又避免了Runge-Kutta高精度格式处理三维问题时存储量过大的问题.为了提高流体力学方程计算精度,在计算单元边界的数值流通量时使用任意高阶精度方法(ADER).数值算例表明格式稳定有效.     

FGMs稳态热传导分析的重心Lagrange插值配点法

提出一种求解二维功能梯度材料（FGMs）稳态热传导问题的重心Lagrange插值配点法.基于Chebyshev节点构造二维重心Lagrange插值函数及其偏导数，然后基于配点法将其直接代入FGMs热传导问题的控制方程和边界条件，得到系统离散方程.重心Lagrange插值配点法是一种真正的无网格方法，很好地融合了重心Lagrange插值和配点格式的优势，具有高效、稳定、高精度和易于数值实现的优点.采用重心Lagrange插值配点法分别对指数型、二次型和三角型FGMs热传导问题进行数值模拟.结果表明：该方法具有较高的计算效率和计算精度，对材料梯度参数的变化不敏感.可以进一步拓展到FGMs瞬态问题和FGMs的热力耦合分析.     

泡泡布点方法及其并行性

针对无网格和有限元方法中的布点需求,借鉴分子动力学方法和泡泡网格化方法的思想和处理技术,提出一种单纯的布点方法--泡泡布点方法.将区域内的点看作有相互作用力的泡泡,通过动态模拟得到高质量的点集,模拟中不需要网格连接.算例显示,生成的均匀点集和非均匀点集都具有很好的结构和渐进性,并对复杂区域具有很好的适应性.同时由于相互作用力的局部性,该布点方法类似于短程作用的分子动力学模拟,拥有潜在的并行性.通过初步的并行算例,验证了其并行化的可行性.     

有限周期电磁结构的区域分解快速算法

针对有限周期电磁结构,提出一种高效率的有限元分裂与互连算法.把原求解区域划分成若干个子区域,显著地降低了问题的复杂度.根据广义变分原理,采用拉格朗日乘子在子区域之间交换信息,并建立其相应的粗问题.研究子区域系数矩阵的可逆性.通过引入基本子区域,实现可扩展并行计算,且尤其适合于分析光子晶体等有限周期结构.     

中厚板弯曲问题的Kriging插值无网格法

基于Reissner-Mindlin板弯曲理论,将Kriging插值无网格法应用于中厚板弯曲问题,推导相应的离散方程.该方法可以只依赖于一组离散的节点建立试函数,有效地避免了复杂的网格划分和网格畸变的影响.相对于无网格法中常用的移动最小二乘近似而言,滑动Kriging插值法的形函数满足Kronecker delta函数性质,可以直接施加本质边界条件.算例分析表明,用Kriging插值无网格法分析中厚板弯曲问题,具有效率高,精度高和易于实现等优点.     

A meshless method for the nonlinear generalized regularized long wave equation

This paper presents a meshless method for the nonlinear generalized regularized long wave(GRLW) equation based on the moving least-squares approximation.The nonlinear discrete scheme of the GRLW equation is obtained and is solved using the iteration method.A theorem on the convergence of the iterative process is presented and proved using theorems of the infinity norm.Compared with numerical methods based on mesh,the meshless method for the GRLW equation only requires the scattered nodes instead of meshing the domain of the problem.Some examples,such as the propagation of single soliton and the interaction of two solitary waves,are given to show the effectiveness of the meshless method.     

Efficient parallel resolution of the simplified transport equations in mixed-dual formulation

A reactivity computation consists of computing the highest eigenvalue of a generalized eigenvalue problem, for which an inverse power algorithm is commonly used. Very fine modelizations are difficult to treat for our sequential solver, based on the simplified transport equations, in terms of memory consumption and computational time.A first implementation of a Lagrangian based domain decomposition method brings to a poor parallel efficiency because of an increase in the power iterations [1]. In order to obtain a high parallel efficiency, we improve the parallelization scheme by changing the location of the loop over the subdomains in the overall algorithm and by benefiting from the characteristics of the Raviart–Thomas finite element. The new parallel algorithm still allows us to locally adapt the numerical scheme (mesh, finite element order). However, it can be significantly optimized for the matching grid case. The good behavior of the new parallelization scheme is demonstrated for the matching grid case on several hundreds of nodes for computations based on a pin-by-pin discretization.     

Transient heat conduction analysis using the MLPG method and modified precise time step integration method

The meshless local Petrov–Galerkin (MLPG) method in conjunction with the modified precise time step integration method in the time domain is proposed for transient heat conduction analysis in this paper. The MLPG method is often referred to as a truly meshless method because it requires no elements or background cells for either field interpolation or background integration. Local weak forms are developed using weighted residual method locally from the partial differential equation of transient heat conduction. In order to simplify the treatment of essential boundary conditions, the natural neighbour interpolation (NNI) is employed for the construction of trial functions. Moreover, the three-node triangular FEM shape functions are taken as test functions to reduce the order of integrands involved in domain integrals. The semi-discrete heat conduction equation is solved numerically with modified precise time step integration method in the time domain. The availability and accuracy of the present method for transient heat conduction analysis are tested through numerical examples.     

室内声场无网格数值算法性能影响因素分析

基于室内无网格数值算法的理论和实验研究,本文进一步利用控制变量法,结合计算效率对影响计算精度的因素进行了全面分析,包括节点、高斯点的分布方式及其密度,以及构造无网格形函数过程中的基函数类型、权函数类型,并通过对一类基准问题的大量数据实验获得了适用于小尺度封闭空间的最佳支持域半径范围。基于有关结论对一个实际机舱进行了建模分析,将声压级计算值与测量值对比,验证了这些结论的正确性。