基于虚节点的多边形有限元法

虚节点法是一种新的基于单位分解理论的多边形有限元法.将虚节点法应用于求解弹性力学问题,并且通过大量数值实验测试虚节点法的计算效果.因为虚节点法具有多项式形式,所以有效地降低了传统多边形有限元法的积分误差.数值实验证明,在分片实验中虚节点法能得到比包括Wachspress法和mean value法在内的传统多边形有限元法更精确的数值结果.在收敛性试验中,虚节点法在相同节点数的条件下能取得比三角形一次单元更精确的数值结果.因为虚节点法能适应任意边数的多边形单元,所以对网格具有很强的适应性,在几何条件复杂、网格生成困难的问题中具有良好的应用价值.为了展示虚节点法潜在的应用价值,用虚节点法求解断裂力学应力强度因子和模拟裂纹扩展.同时,基于多边形单元的网格重划分技术和网格加密技术也应用于求解断裂力学应力强度因子和模拟裂纹扩展.     

基于FEMLIP的全风化边坡失稳破坏全过程的数值模拟研究

边坡坡角和强度是影响边坡稳定性的重要因素,而边坡失稳往往伴随着大变形的发生,其变形从数十米至数千米不等.目前,传统有限元法在处理大变形问题时常常因网格畸变而导致计算终止.因此,为了实现边坡失稳破坏全过程的模拟,并研究边坡坡角和强度对边坡稳定性的影响,基于Lagrange(拉格朗日)积分点有限元法（FEMLIP）,采用C语言编写了能够模拟边坡失稳滑塌全过程的Ellipsis程序,并通过一个典型案例对该方法的正确性和可行性进行了验证.采用该方法分析了边坡在不同坡角和强度条件下的稳定性和滑坡过程.研究结果表明,Lagrange积分点有限元法可以较准确地模拟边坡的潜在滑移面,并且可以模拟边坡失稳后的滑坡发展过程,为边坡滑坡大变形分析提供了一种新的数值计算方法.     

角质层渗透性质的有限元数值模拟计算

角质层是皮肤屏障作用的最主要部分，它决定了外界物质对皮肤的渗透情况．在假设角质层细胞为一种三维的十四面体（物理学经典的tetrakaidecahedron体）的情况下，利用有限元法对角质层渗透性质进行了数值模拟研究．为此，首先完成了对角质层空间结构的网格拆分，拆分过程分两步进行：1．对角蛋白细胞的网格拆分；2．对角蛋白细胞周围的网状脂质体的网格拆分．在数值模拟过程中，则用有限元法得到方程离散的格式，用多重网格算法降低高频误差，提高计算精度．最后，给出了数值模拟结果的可视化效果图．     

隐式TVD格式在气液两相爆轰数值模拟中的应用

为研究FAE(燃料-空气炸药)爆炸参数规律,运用二维轴对称气液两相方程组模型,针对其中的气相方程组采用高分辨率的隐式TVD格式,液相方程组采用MacCormack格式,较好地对FAE气液两相爆轰产生的爆轰波的发展和传播过程进行了数值模拟,计算结果与国内外的研究结果符合良好.     

多介质大变形流动的MOF-MMALE数值模拟研究

多介质大变形流动数值模拟的关键和难点是在精确追踪物质界面的同时又能够处理好流体的大变形运动.将MOF(moment-of-fluid)界面重构算法与多介质任意Lagrange-Euler方法(MMALE)相耦合,形成MOF-MMALE方法,并应用于多介质大变形流动问题的数值模拟研究.MOF-MMALE方法在传统的ALE方法基础上,允许计算网格边界跨过物质界面,允许存在混合网格,即一个网格内可以存在两种或两种以上物质;在混合网格内,利用MOF界面重构算法来确定物质界面的位置和方向.数值算例表明,MOF-MMALE方法是模拟多介质大变形流动的有效手段,并且具有较好的数值精度和界面分辨率.     

一维多介质可压缩流动的守恒型界面追踪方法

本文针对一维问题的ProntTracking方法,提出了一种较易实现的守恒型界面追踪方法.利用双波近似求解Riemann问题来确定界面处的数值通量,在固定的网格上采用统一的有限体积格式进行内点和交界面点的计算,通过守恒插值以及守恒量的重新分配,保证数值解在全场实现一致守恒,将该方法应用于一维多介质可压缩流动的模拟,给出了满意的数值模拟结果.     

Burgers方程的无网格稳定化方案

1 引言基于网格的方法(如有限体积法、有限元法等)是目前流动问题数值求解的主流方法．为了描述流动状态的演化过程并保证其计算精度,运用基于网格的数值方法求解流动问题往往需要不断地生成网格,而这种网格的生成通常需要耗费较多的人力和时间．无网格     

接触与大变形问题的光滑有限元分析

橡胶材料因具有良好的抗震、吸能作用,在实际工程中应用广泛.然而橡胶超弹性材料的碰撞属于强非线性问题,分析橡胶材料的接触碰撞和大变形问题对于提高装置的缓冲性能具有重要意义.光滑有限元法(smoothed finite element method, S-FEM)是一种弱形式的数值计算方法,相比于传统的有限元方法,光滑有限元法对网格的质量要求不高,允许单元在计算过程中发生较大的变形,且光滑域的构造比较灵活,在不增加自由度的前提下,可以达到较高的精度.在光滑有限元法的基础上,采用双势方法进行接触计算,以充分利用光滑有限元法计算大变形问题的优点和双势方法求解接触力的优势.通过与有限元软件MSC.Marc的数值结果对比,验证了该算法的准确性和能量守恒性,并且分析了摩擦因数对碰撞体的影响.     

求解流固耦合问题的一种四步分裂有限元算法

基于arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) 有限元方法,发展了一种求解流固耦合问题的弱耦合算法．将半隐式四步分裂有限元格式推广至求解ALE描述下的Navier-Stokes（N-S）方程,并在动量方程中引入迎风流线（streamline upwind/Petrov-Galerkin, SUPG）稳定项以消除对流引发的速度场数值振荡;采用Newmark-β法对结构方程进行时间离散;运用经典的Galerkin有限元法求解修正的Laplace方程以实现网格更新,每个计算步施加网格总变形量防止结构长时间、大位移运动时的网格质量恶化．运用上述算法对弹性支撑刚性圆柱体的流致振动问题进行了数值模拟,计算结果与已有结果相吻合,初步验证了该算法的正确性和有效性．     

等离子体反应器流场的数值模拟

本文采用颗粒轨道模型对等离子体反应器进行数值模拟.数值格式用SIMPLER法.湍流模型用简单的次网格模型.计算结果给出速度场、温度场及颗粒轨道,对工程设计和工艺过程参数控制有参考价值.     

An approach to modeling blast and fragment risks from improvised explosive devices

In this paper, we develop numerical methods for modeling blast and fragments generated from explosive detonation and apply them to scenarios representing improvised explosive devices in confined spaces. The detonation of condensed phase explosives is modeled with a programmed burn method in a three-dimensional multimaterial flow solver. This solver has been coupled with a Lagrangian particle solver to model the acceleration of explosive-driven fragments. We first simulate an explosion in a long cylindrical tube to validate the fluid solver for a partially-confined blast. We then simulate explosions on a subway train platform for 10 kg and 30 kg C4 charges. The maximum shock overpressure and impulse are used to predict the risk of common blast injuries. To represent improvised explosive threats, we model C4 charges with spherical, cylindrical, and disk shapes that are surrounded by a layer of spherical fragments. We find that the explosive charge shape plays an important role in the acceleration of the spherical fragments. Finally, a realistic scenario of an improvised explosive detonation near a bomb technician is investigated to assess fragment trajectory and blast loads in the near field.     

炸药爆炸作用下飞片的运动

刚性飞片在炸药爆炸作用下的一维抛掷问题,仅当爆炸气体多方指数等于三时可以求得解析解;一般情况下须利用计算机求出数值解本文利用了爆炸气体中反射冲击波的“弱”击波特性,使飞片运动和飞片后方流场之间相互耦合的复杂问题解耦而归结为求解常微分方程问题;然后用小参数摄动法求出多方指数接近于三的各种炸药驱动飞片问题的近似解析解,所得飞片终速和数值解符合很好;从而给出了用爆速和多方指数等两个炸药示性参量表出的估算飞片运动的良好近似公式.     

爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应数值分析方法

为得到适用于爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应的数值分析方法,采用LS-DYNA显式动力学分析软件对爆炸冲击载荷下的铝合金平板进行数值仿真计算.主要研究了不同的任意Lagrange-Euler(拉格朗日-欧拉)网格（ALE）输运步算法、流固耦合方式、流固耦合点数量、网格尺寸、有限元单元类型对计算结果的影响.通过计算结果与实验结果的分析对比,表明采用van Leer+HIS输运步算法、罚函数耦合方式、在流体网格与结构网格之间采用3个耦合点、结构网格尺寸与空气域网格尺寸比例设为2∶1、结构单元采用163号壳单元时可以较为准确地计算航空铝合金平板在爆炸冲击载荷下的动态响应,并且能提高计算效率,节约计算时间.     

Convergence of a finite difference method for combustion model problems

We study a finite difference scheme for a combustion model problem. A projection scheme near the combustion wave, and the standard upwind finite difference scheme away from the combustion wave are applied. Convergence to weak solutions with a combustion wave is proved under the normal Courant-Friedrichs-Lewy condition. Some conditions on the ignition temperature are given to guarantee the solution containing a strong detonation wave or a weak detonation wave. Convergence to strong detonation wave solutions for the random projection method is also proved.     

High accuracy nonconforming finite elements for fourth order problems

The approach of nonconforming finite element method admits users to solve the partial differential equations with lower complexity,but the accuracy is usually low.In this paper,we present a family of highaccuracy nonconforming finite element methods for fourth order problems in arbitrary dimensions.The finite element methods are given in a unified way with respect to the dimension.This is an effort to reveal the balance between the accuracy and the complexity of finite element methods.     

Convergence of a finite difference method for combustion model problems

We study a finite difference scheme for a combustion model problem. A projection scheme near the combustion wave, and the standard upwind finite difference scheme away from the combustion wave are applied. Convergence to weak solutions with a combustion wave is proved under the normal Courant-Friedrichs-Lewy condition. Some con-     

Numerical Study of the Stressed-Deformed State of Rock during Explosive Fracture

The dynamic loading of a rock mass during explosion of a borehole explosive is studied using a continuum mechanics approach in two-dimensional plane and axially symmetric formulations with the aid of a modified finite element method [1, 2]. This numerical technique makes it possible to study wave processes in a rock mass owing to explosions of single charges as well as those of systems of borehole explosives under different conditions. These include varying the site at which the charge is initiated and accounting for the propagation velocity of detonations in the explosive, so it is possible to calculate the shape of the stress field created by a charge with a given design. Numerical simulation of the explosion process for multiple borehole explosive charges with delays relative to one another can be used to obtain the optimum delay time for initiation and the distances between the charges. These results can also extend our concepts of the processes taking place in a rock mass during explosive fracture.     

GLOBAL FINITE ELEMENT NONLINEAR GALERKIN METHOD FOR THE PENALIZED NAVIER-STOKES EQUATIONS GLOBAL FINITE ELEMENT NONLINEAR GALERKIN METHOD FOR THE PENALIZED NAVIER-STOKES EQUATIONS

1. IntroductionIn the numerical simulation of the Navier-Stokes equations one encounters three seriousdifficulties in the case of large Reynolds numbers f the treatment of the incomPressibility con-dition divu = 0, the treatment of the noIilinear terms and the large time integration. For thetreatment of the incoInPressibility condition, one use the penalty method in the case of finiteelemellts [1--2l and for the treatmen of the noulinar terms and the large tfor integration, oneuse the nonlin…     

特征值问题的自适应反迭代有限元算法

1引言设Ω∈R~2为Lipschitz单连通的有界闭区域,X为定义在Ω的Sobolev空间,a(·,·)和b(·,·)为X×X→C的有界双线性或半双线性泛函,考虑变分特征值问题:求(λ,u≠0)∈C×X使得a(u,v)=λb(u,u),(?)u∈X,其中a(·,·)满足X上的"V-强制性"条件或者连续的inf-sup条件,设M_h为Q区域上的正则三角形剖分,X_h∈X为定义在M_h有限元子空间,上述变分问题对应的有限元离散问题为:求(λ_h,u_h)∈R×X,u_h≠0使得     

三维热传导型半导体问题的交替方向特征有限元方法及理论分析

１．引言 三维热传导型半导体器件瞬态问题的数学模型由四个非线性偏微分方程描述 ［１,２］．工程研究中一般考虑绝流边条件,由于绝流条件可以看作一反射条件来处理、为了数值分析方便,我们在此考虑三维周期问题： 其中,　＝［０,１］３,未知函数是电子位势　;电子,空穴浓度ｅ,ｐ;温度函数Ｔ．方程（１,１）－（１.４）中出现的系数均有正的上下界,且是　周期的． ａ＝Ｑ／ε,Ｑ,ε分别表示电子负荷和介电系数,均为正常数．Ｎ（ｘ）是给定的函数．Ｄｓ（ｘ）为扩散系数,μｓ（ｘ）为迁移率,ｓ＝ｅ,Ｐ．Ｒ（ｅ,ｐ,Ｔ）…