基于离散网格的流形曲面构造综述

基于离散网格的流形曲面构造技术不仅能够生成具有高阶光滑性的曲面,并且该曲面可以是任意拓扑结构的.此外,在构造流形曲面时,无需进行额外的拼接操作,克服了传统曲面造型技术在进行面片之间的拼接时,计算量增大以及曲面光滑性难以保证的难题.本文介绍了流形曲面构造的流程以及构造过程中的难点,然后将目前已有的流形曲面构造技术分为三大类:传统意义上的流形构造方法;基于规范区域的流形构造方法;基于样条曲面推广的流形构造方法.并对每一类都进行详细地分类介绍.最后,对其作一个总结以及对未来的展望.     

国家自然科学基金数学学科1992年资助青年基金项目

批准号项目名称单位名称负责人192010们相空间上的调和分析及其应用19201002有限元方法的L二收敛性19201003有限维结合代数的表示理论19201004 CAGD和有限元计算中的非线性样条函数方法研究19201005某些复流形钧热核、热核形式及其在多复变中的应用19201。。6代数曲面的分类及其纤维化方法19201007分形生长的随机方法分析及应用19201。。8余维数大于或等子3的退化向量场的普适分析19201009临界增长的高阶椭圆型方程19201010非定常问题与奇异摄动间题边界元法的理论及应用1韶01011非线性椭圆方程与自由边值间题19201012连续格理论与不分明…     

空间圆柱螺旋线的NURBS表示

O．引言用B样条方法或B6zier方法来表示自由曲线、曲面，是在CAD／CAM技术中广泛使用的数学手段．但是由于它们都不能精确地表示除抛物线或抛物面以外的圆锥曲线与初等二次曲面，因此近年来，另一种形式的参数样条-一参数有理多项式方法占据了主导地位．非均匀有理B样条（简称NURBS）已被国际标准组织（ISO）于1991年正式颁布为关于工业产品几何定义的STEP国际标准，将其作为定义产品形状的唯一数学方法．越来越多的CAD系统采用NURBS曲线与曲面来建立图形库，研究各种曲线与曲面的NURBS表示无疑是很有意义的．在描述圆锥曲线…     

矩形域与三角域Bezier曲面间的PPG~n变换

1．引言曲线,曲面间的几何连续性问题近几年来引起人们的广泛注意和兴趣［1－10］．在1984年国际CAGD会议上R．E．Barnhill和G．Farm将它列为计算几何尚待解决的重大问题之一．一方面是由于在CAGD中总希望所构造的曲线和曲面有更多的自由度或者有更多的几何控制参数以便使设计人员能自由地控制所要设计的对象的几何形状;另一方面是由于需要研究自由曲线曲面间的基于几何连续的拼接和各种形式的连续过渡曲面来构造更为复杂而灵活的曲线,曲面和几何体山．几何连续性的定义在不同的论文中不尽相同,但其本质是非奇异参数变换下的不变…     

裁剪B样条曲面间过渡曲面的构造

1 引言在CAD曲面造型中,对于复杂的模型,通常无法用一张曲面将其表示出来．当采用多张曲面表示的时候,就涉及到曲面的裁剪、过渡、拼接等问题(见[1],[2],[3])．在本文中, 我们对于基曲面是裁剪B样条曲面,裁剪线是B样条曲线的情况,提出两种构造光滑过渡曲面的方法．其中第一种方法能够较快的生成近似G1连续的过渡曲面,而第二种方法是对Filip在[2]中的工作的发展,所生成的过渡曲面不但是G1连续的,而且可以灵活地调整形状．     

计算共形几何简介

计算共形几何是数学与计算机科学的交叉领域.本文介绍了计算共形几何中理论基础,计算方法及其在工程领域中的应用等.基本理论概念包括共形映射,单值化定理,共形模,拟共形映射,模空间等.基本计算方法包括调和映照方法,基于黎曼面理论的全纯微分方法,基于几何分析的曲面Ricci流方法.基本应用涵盖了医学图像,机械制造,数字媒体和虚拟/增强现实等领域.     

Sobolev方程各向异性矩形非协调有限元分析

研究了Sobolev方程的各向异性矩形非协调有限元方法．在半离散和全离散格式下,得到了与传统协调有限元方法相同的最优误差估计和超逼近性质．进一步地利用插值后处理技术得到了整体超收敛结果．最后的数值结果表明了理论分析的正确性．     

关于Darcy方程和Stokes方程耦合问题的非协调稳定化方法

对于Darcy-Stokes耦合问题,基于非协调的Crouzeix-Raviart元,提出了一种新的稳定化有限元方法．并对该方法导出了最优的误差估计．最后,用数值计算验证了所提出理论的有效性．     

一种三角形区域上的c~2插值方法

三角形区域上的插值方法,不仅在有限元计算中是必不可少的,还常用于几何造型等方面。有时要求曲面片之间有二阶连续性(即c~2连续)。已有的c~2曲面插值方法,计算起来比较复杂。本文提出一种c~2插值,它的计算公式比较简单,因而计算量较少,可用于任意三角形。这种插值法的多项式精度是不超过七次的多项式。     

基于多项式混沌展开的结构动力特性高阶统计矩计算

结构参数的不确定性会导致其动力特性的不确定性,量化动力特性的不确定性能为结构动力设计分析提供准确的动力信息.统计矩是表征结构动力特性不确定性非常重要的统计量,比如均值和方差.传统的Monte-Carlo(蒙特-卡洛)模拟方法需要大量次数的模型运算来保证结果的收敛,其用于复杂结构的动力特性统计矩计算因耗时太高而使用受限.该文采用多项式混沌展开替代模型来取代计算花费高的有限元模型,然后在替代模型框架下快速有效地计算结构动力特性的统计矩.该方法在建立替代模型之初只需要少量次数有限元分析,后续的统计矩计算无需有限元模型,因此从根本上解决了动力特性统计矩计算花费高的难题.该文的多项式混沌展开方法适用于参数服从任意概率分布,能够有效地计算高阶统计矩,为量化结构动力特性不确定性提供更多统计矩信息.最后通过平铝板算例验证了此方法的有效性.     

关于隐式代数曲面的一种几何连续性定义

本文利用函数的幂级数给出了隐式代数曲面的一种几何连续性定义．证明了在此定义下的ｋ阶几何连续即为ｋ阶变尺度（ｒｅｓｃａｌｉｎｇ）连续，并举例说明了其应用的方便性．     

含分层复合材料层合梁弯曲问题的一般解法

基于一阶剪切梁理论,考虑分层边缘区域的变形特点,提出了含穿透分层复合材料梁模型．与传统分层模型不同,该文将未分层部分看作上下子梁,放弃了传统模型中分层前缘横截面始终保持平面的假设．通过分层前缘的位移连续条件和内力连续条件,建立了粘合段和分层段的控制方程．并且,应用该模型对不同边界条件下含不同分层尺寸对称和非对称分层的复合材料层合梁弯曲问题进行了求解,结果与三维有限元计算的结果一致,从而证明了模型的有效性和适用性．     

一种有限元-边界元耦合分域算法

提出了一种有限元-边界元耦合分域算法．该算法将所分析问题的区域分解成有限元和边界元子域,在满足两子域界面上位移和面力协调连续的条件下,通过迭代求解得到问题的解．在迭代求解过程中,引入动态松弛系数,使收敛得以加速．该方法在两子域界面上有限单元结点和边界单元结点的位置相互独立,无需协调一致,对诸如裂纹扩展过程的模拟具有独特的优势．用所提出的耦合算法分析算例,得到的结果与有限元法、边界元法和另一种耦合算法的数值计算结果一致,验证了这种算法的正确性和可行性．     

一类非线性对流扩散问题的FDSD预测校正格式

1．引言由Hughes和Brooks门提出,并经Johnson等人［‘－‘1发展的流线扩散法（Streamline－DiffusionMetho人以下简称SD方法）是求解对流占优扩散问题（包括纯双曲问题）的一种有效的数值方法．由于良好的数值稳定性及其高阶收敛率,SD方法已广泛地应用于计算流体等诸多科学工程计算．然而,传统的sD方法利用时一空有限元求解发展型问题,导致对高维问题工作量过于庞大;其编程实现较复杂,对非线性问题也不便进行线性化处理．为使SD方法能够较简便地应用于高维和非线性问题,孙撒问提出了仅对空间域作有限元离散,而对时间域作差分…     

高压水射流作用下岩石破碎机理及过程的数值模拟研究

根据连续介质力学和有限元理论,给出了高压水射流破岩系统中流体和岩石的控制方程,并建立了相应的有限元列式．运用连续损伤力学和细观损伤力学理论,建立了适用于水射流破岩全过程分析的岩石损伤模型以及宏细观损伤的耦合模式．数值计算的结果较真实地反映了水射流破岩过程中,岩石的动态响应以及水射流动力学特性的演化过程,普通连续水射流破碎岩石主体所用的时间为毫秒量级,破岩的主要形式是卸载及射流冲击所产生的拉伸破坏,并呈“阶跃式”发展．数值计算与相关试验结果基本吻合,表明该分析方法是可行的,可用来指导高压水射流破岩理论的进一步研究及应用．     

基于张量积B样条的几何模型EMD算法及其应用

经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)算法是一种处理非线性非平稳信号的时频分析方法.文章针对拓扑同胚于圆盘的开网格模型提出几何模型上的EMD算法,并应用于网格去噪以及特征编辑.首先,借助曲面上离散高斯曲率提取模型的极值点,随后对模型进行平面参数化,利用均匀节点的三次张量积B样条计算极大和极小包络曲面,最后将平均包络曲面离散成网格模型作为分解一次的残差模型,并将原模型与残差模型的差值向量记为当前分解的偏置向量,迭代地处理残差模型得到模型各个层次的偏置向量以及最终表示原模型基本形状的残差模型.通过对偏置向量的处理与重构,实现算法在网格去噪以及特征编辑的应用.实验结果表明,文章算法可以有效地实现网格模型的多尺度分解,并在网格去噪以及特征编辑方面取得了较好的效果.     

火场-结构联合分析简化模型及其应用研究

为在建筑结构火灾反应分析中考虑实际火场特性,并简化火场分析模型与结构有限元分析模型之间的复杂对应关系,提出并建立了火场温度及对流辐射边界的热传导分析时空模型(STM)和基于时空模型的火场-结构联合分析方法。该方法根据火场模型计算出室内火场温度分布场以及对流辐射边界场离散数据,通过双向正交多项式进行拟合来得到不同时刻的构件边界连续时空模型,再通过时空模型进行热传导分析和热力耦合分析,从而实现火场-结构联合分析方法。在验证其合理性的基础上,通过ABAQUS子程序UTEMP和DFLUX实现其分析过程,并进行了北京某档案馆工程的应用分析,结果表明该方法可以较好地联合火场模拟与结构分析用于结构火灾安全评价。     

Schr(o)dinger方程的时空有限元方法与守恒性

对非线性Schroedinger常微分方程，利用常微分方程连续有限元法证明了能量守恒；对非线性Schroedinger偏微分方程利用时空都连续的全离散有限元方法证明了能量积分守恒和利用空间连续、时间问断的有限元法得到电荷近似守恒，误差为高阶量．并在数值计算上探讨了守恒性和近似程度。结果与理论相吻合．     

大型水平轴风力机叶片气动弹性计算

给出了一种考虑几何非线性的大型风力机静、 动气动弹性一体化计算方法．采用涡尾迹方法进行风力机气动载荷计算．建立风力机风轮的三维壳模型．沿周向平均风力机叶片载荷并加载到结构模型进行非线性静气动弹性分析．基于动力学小扰动假设, 在静平衡构型下进行动力学线性化, 计算风轮固有振动特性．继而结合非定常涡尾迹方法计算风力机动气动弹性响应．计算了NH 1500叶片考虑几何非线性的静气动弹性位移和动气动弹性响应．结果表明,大型风力机叶片几何非线性较为明显地减小静气动弹性位移,同时降低动气动弹性的响应幅值．大型风力机气动弹性响应计算需要考虑几何非线性     

几何分布的参数估计及应用

基于几何分布的一次观察数据，应用假设检验与参数估计的关系给出了几何分布的参数估计方法，并计算了估计偏差和估计量的均方误差，表明该估计是可取的，最后给出了该方法在离散型可靠性增长模型中的应用．