一种算子自定义小波薄板单元及应用

提出了基于提升方案的自适应算子自定义小波有限元法,构造了一种新的算子自定义小波薄板单元。建立二维Hermite型有限元多分辨空间和两尺度关系,并由广义变分原理推导薄板结构关于尺度函数和小波函数的内积关系式,即算子。为满足算子正交性,提出基于提升方案的算子自定义小波单元的构造方法,其优点在于可根据问题的需要来设计具有期望特性的小波基。提出基于两尺度误差的自适应算子自定义小波有限元方法,通过向大于误差阈值的局域添加算子自定义小波,实现薄板结构问题的高效求解。算子自定义小波有限元法节省了重新划分网格或提高插值函数的阶次所带来的大量有限元前处理时间,并且实现薄板问题的高效解耦运算。     

薄板的多变量小波有限元分析

基于区间B样条小波和广义变分原理,提出了多变量小波有限元法,构造了一种新的薄板多变量小波有限单元.由广义变分原理推导结构的多变量有限元列式,区间B样条小波尺度函数作为插值函数构造的多变量小波有限元法中,广义应力和应变被作为独立变量进行插值,避免了传统方法中应力应变求解的微分运算,减小了计算误差.区间B样条小波良好的数值...     

两点边值问题的小波配点法

根据多分辨分析,提出用任意连续的尺度函数构造区间上的插值基函数,形成以尺度函数为基础的求解两点边值问题的小波配点法.该方法中,尺度函数不受紧支撑、插值等性质的限制,计算复杂度小,数值解收敛性由多分辨分析理论保证.同时,给出边值条件的积分处理方法,能够方便地处理任意边界条件,当尺度函数不具有高阶导数时,该方法也能有效使用.数值算例表明,该方法是一个高效、高精度的算法.     

爆破振动信号的提升小波包分解及能量分布特征

针对传统小波包在小波基选取方面与实测爆破振动信号波形匹配欠佳的问题,提出了基于插值细 分的二代小波构造方法,并通过引入移频算法,较好地解决了小波包隔点采样导致的频率混叠现象。结合应 用实例,对实测信号进行多尺度的提升小波包分解后,得到了爆破振动各个频带的能量分布,总结了爆破振动 信号频带能量的分布特征。分析结果表明,提升小波包(SGWP)算法可以真实反映振动信号的能量分布情 况,为研究爆破震动效应下的结构安全提供有效的分析手段。     

一维区间B样条小波单元的构造研究

基于区间B样条小波及小波有限元理论,提出了一种区间B样条小波有限元方法。传统有限元多项式插值被一维区间B样条小波尺度函数取代,进而构造形状函数和单元。与小波Galer-kin方法不同,本文构造的区间B样条小波单元通过转换矩阵将无明确物理意义的小波插值系数转换到物理空间。转换矩阵在小波单元构造过程中起到关键作用,为了保证求解的稳定性,转换矩阵必须非奇异。构造了以区间B样条尺度函数为插值函数的一系列一维区间B样条小波单元。数值算例表明,本文构造的区间B样条小波单元与传统有限元方法相比,在求解变截面,变载荷等问题时具有收敛快和精度高等优势;有效地丰富了小波有限元法单元库。     

冲击波的小波数值计算方法

基于自适应小波配点法和人工黏性技术，构造出一种简单稳定的冲击波数值计算方法。采用小波阈值滤波，生成适应流场分布的多尺度自适应网格，并利用密度场最细尺度的小波系数构造幂函数形式的冲击波定位函数，用以判断冲击波位置。联合人工黏性与冲击波定位函数，自动根据流场梯度严格控制人工黏性的大小和分布。对强/弱冲击波管问题进行计算，结果表明，该方法能够准确捕捉冲击波和有效抑制数值振荡，并且使用简单、分辨率高、计算量小。     

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。     

利用多小波自适应格式求解流体力学方程

高阶计算格式的高精度、高分辨率对提高复杂流场的计算水平有重要的意义,为了提高AUSMPW格式对流场计算中激波等间断的分辨率,减小数值振荡,在原有AUSMPW格式的基础之上,利用多小波对函数进行多尺度分解,并采取阈值的方法生成自适应网格,提出了一种新的基于多小波自适应算法的AUSMPW格式,理论上可以达到任意阶精度. 将所得的压强、密度与原格式、TVD格式及WENO格式的计算结果进行了比较分析. 结果表明改进后的AUSMPW格式较原格式具有更高的分辨率、更强的捕捉间断的能力及更低的数值耗散.      

基于HWCNS格式的紧致插值方法研究

在保证良好间断捕捉能力的前提下,能够达到更高的分辨率,一直是有限差分方法努力的方向。基于HWCNS格式构造思想,发展了一种高精度非线性紧致插值方法,构造了紧致七阶HWCNS格式,分析了其频谱特性,利用多个典型算例对所构造的格式性能进行了考察。结果表明,在模拟包含间断和多尺度流动结构的长时间演化问题中,本文发展的方法在计算结果精度和综合计算效率方面优于显式五阶HWCNS和七阶WENO格式,与频谱分析结论一致。     

高度不规则网格多边形单元的有理函数插值格式

借鉴自然邻点插值法,提出了基于高度不规则网格多边形单元的有理函数插值格式一多边形有理函数插值．给出了多边形有理函数插值形函数的计算表达式．该插值格式以多边形的顶点作为插值点,插值形函数为有理函数形式,克服了传统有限方法中构造边数大于4单元多项式形式位移插值的困难．     

Spectrally formulated wavelet finite element for wave propagation and impact force identification in connected 1-D waveguides

In this paper, a novel wavelet based spectral finite element is developed for studying elastic wave propagation in 1-D connected waveguides. First the partial differential wave equation is converted to simultaneous ordinary differential equations (ODEs) using Daubechies wavelet approximation in time. These ODEs are then solved using finite element (FE) technique by deriving the exact interpolating function in the transformed domain. Spectral element captures the exact mass distribution and thus the system size required is very much smaller then conventional FE. The localized nature of the compactly supported Daubechies wavelet allows easy imposition of initial-boundary values. This circumvents several disadvantages of the conventional spectral element formulation using Fast Fourier Transforms (FFT) particularly in the study of transient dynamics. The proposed method is used to study longitudinal and flexural wave propagation in rods, beams and frame structures. Numerical experiments are performed to show the advantages over FFT-based spectral element methods. The efficiency of the spectral formulation for impact force identification is also demonstrated.     

The Wavelet-Based Technique in Dispersive Wave Propagation

The paper expounds a wavelet-based technique. The techniques is applied to the dispersive wave equation by describing wave propagation by a composition of fundamental (harmonic) wavelets. The linear Klein–Gordon equation is analyzed and associated approximate wavelet solutions are considered for fixed resolution levels. Discretized wavelet families are computed explicitly using a basis of time harmonic wavelets. Some applications at various low resolution levels show that the technique proposed provides new opportunities for wave propagation analysis     

The finite element method based on interpolating with wavelet basis function

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｗｉｔｈｌａｒｇｅｇｒａｄｉｅｎｔａｒｅｃｏｍｍｏｎｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆｉｅｌｄｓ,ｅ．ｇ．ｉｎｍａｔｅｒｉａｌｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ,ｗｉｔｈｉｎｔｈｅｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏ...     

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。     

三维有限体积TVD方法与冲击波的多级扩散研究

将TVD方法应用到三维,给出三维有限体积TVD方法,并对三维冲击波的多级坑道扩散问题进行了数值模拟,取得了令人满意的结果。     

Multi‐stage high order semi‐Lagrangian schemes for incompressible flows in Cartesian geometries

Efficient transport algorithms are essential to the numerical resolution of incompressible fluid‐flow problems. Semi‐Lagrangian methods are widely used in grid based methods to achieve this aim. The accuracy of the interpolation strategy then determines the properties of the scheme. We introduce a simple multi‐stage procedure, which can easily be used to increase the order of accuracy of a code based on multilinear interpolations. This approach is an extension of a corrective algorithm introduced by Dupont & Liu (2003, 2007). This multi‐stage procedure can be easily implemented in existing parallel codes using a domain decomposition strategy, as the communication pattern is identical to that of the multilinear scheme. We show how a combination of a forward and backward error correction can provide a third‐order accurate scheme, thus significantly reducing diffusive effects while retaining a non‐dispersive leading error term. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

加权型紧致格式与加权本质无波动格式的比较

线性紧致格式和加权本质无波动格式是两种典型的高阶精度数值格式,它们各有优缺点.线性紧致格式在具有高阶精度的同时,格式的分辨率也比较高,耗散低,是计算多尺度流场结构的较好格式,但是不能计算具有强激波的流场.加权本质无波动格式是一种高阶精度捕捉激波格式,鲁棒性好,但耗散比较高,分辨率也不理想.近年来,在莱勒的线性紧致格式基础上,采用加权本质无波动格式捕捉激波思想,发展了一系列加权型紧致格式.本文较全面地比较了加权型紧致格式和加权本质无波动格式,包括构造方法、鲁棒性、分辨率、耗散特性、收敛特性以及并行计算效率.结果表明,现有的加权型紧致格式基本保持了加权本质无波动格式的性质,对于气动力等宏观量的计算,比加权本质无波动格式没有明显的优势.