无网格伽辽金法应用的参数选择及内部边界处理

无网格辽金法作为-种新的岩土工程数值计算方法, 该法其只需节点信息的无单元特性, 使其具有计算优势。本文结合固结EFGM刚度矩阵公式, 对不同的计算参数进行计算分析, 找出其影响规律。并采用跳跃函数处理内部边界条件, 计算结果表明, EFGM处理内部场函数不连续是准确的。     

无网格Galerkin法与非协调元方法的耦合

无网格Galerkin法(EFGM)处理不可压缩问题时不存在自锁现象，有限元方法(FEM)也常被用来与其耦合以方便地施加边界条件和提高计算效率。在有限元方法中使用等参元，EFGM与FEM的耦合方法在处理不可压缩问题时仍然存在自锁现象。本文在有限元方法中，采用非协调元，将无网格kGalerkin法与非协调元耦合，保留了耦合方法的优点，且避免了求解不可压缩问题时的自锁现象。算例显示本文方法在分析平面应变不可压缩问题时能得到合理的结果。     

二维弹性力学问题的光滑无网格伽辽金法

计算效率低的问题长期阻碍着无网格伽辽金法(element-free Galerkin method, EFGM)的深入发展.为了提高EFGM的计算速度,本文提出一种求解二维弹性力学问题的光滑无网格伽辽金法.该方法在问题域内采用滑动最小二乘法(moving least square, MLS)近似、在域边界上采用线性插值建立位移场函数;基于广义梯度光滑算子得到两层嵌套光滑三角形背景网格上的光滑应变,根据广义光滑伽辽金弱形式建立系统离散方程.两层嵌套光滑三角形网格是由三角形背景网格本身以及四个等面积三角形子网格组成.为了提高方法的精度,由Richardson外推法确定两层光滑网格上的最优光滑应变.几个数值算例验证了该方法的精度和计算效率.数值结果表明,随着光滑积分网格数目的增加,光滑无网格伽辽金法的计算精度逐步接近EFGM的,但计算效率要远远高于EFGM的.另外,光滑无网格伽辽金法的边界条件可以像有限元那样直接施加.从计算精度和效率综合考虑,光滑无网格伽辽金法比EFGM具有更好的数值表现,具有十分广阔的发展空间.     

二维弹性力学问题的光滑无网格伽辽金法

计算效率低的问题长期阻碍着无网格伽辽金法(element-free Galerkin method, EFGM) 的深入发展. 为了提高EFGM 的计算速度, 本文提出一种求解二维弹性力学问题的光滑无网格伽辽金法. 该方法在问题域内采用滑动最小二乘法(moving least square, MLS)近似、在域边界上采用线性插值建立位移场函数; 基于广义梯度光滑算子得到两层嵌套光滑三角形背景网格上的光滑应变, 根据广义光滑伽辽金弱形式建立系统离散方程. 两层嵌套光滑三角形网格是由三角形背景网格本身以及四个等面积三角形子网格组成. 为了提高方法的精度, 由Richardson外推法确定两层光滑网格上的最优光滑应变. 几个数值算例验证了该方法的精度和计算效率. 数值结果表明, 随着光滑积分网格数目的增加, 光滑无网格伽辽金法的计算精度逐步接近EFGM 的, 但计算效率要远远高于EFGM的. 另外, 光滑无网格伽辽金法的边界条件可以像有限元那样直接施加. 从计算精度和效率综合考虑, 光滑无网格伽辽金法比EFGM具有更好的数值表现, 具有十分广阔的发展空间.      

一种求解三维声腔声压分布问题的无网格法

利用传统有限元法求解声压分布问题常常受到污染误差和色散误差的困扰。加权最小二乘无网格法（MWLS）是一种基于移动最小二乘（MLS）近似的无网格方法,求解声腔声压分布问题具有低色散、高精度的特点。然而传统的MLS近似有时容易产生病态矩阵,利用加权正交基函数构建改进的移动最小二乘（IMLS）近似,得到的系统方程为非病态的。本文基于改进的加权最小二乘无网格法（IMWLS）求解三维声腔内部声压分布。计算得到的声压分布和声压频响曲线都与参考值十分吻合,峰值误差和污染误差都比FEM的小,计算成本相比无单元伽辽金法显著降低。计算结果表明IMWLS相比传统的FEM,能在更高的频段内达到高精度,并且相比EFGM能大幅提高计算效率。     

基于不连续场修正权的无网格断裂分析

本文采用了一种基于不连续场修正权函数的无网格方法来处理二维平面问题中的有限长裂纹。相较于目前常用的无网格裂纹不连续性处理方案，采用修正权函数处理裂纹附近不连续场时只需要对原权函数进行修正，算法简便易实现。本文采用基于不连续场修正权函数的无单元Galerkin方法（EFGM），对在边界上施加I-II混合型裂纹位移场的斜裂纹板进行了数值分析。并与可视性准则、衍射法和透射法等不连续准则对比了裂尖位移场、应力场和应力强度因子解的数值精度。另外，本文还对这四种不连续准则形函数的计算效率进行了分析和比较。     

无网格伽辽金法求解平面偶应力问题

提出采用无网格伽辽金法(EFGM)求解偶应力问题,以避免有限元求解中因C¹连续要求可能引起的不便。推导了基于二次基和移动最小二乘技术的EFGM计算公式,通过计算受轴向均匀拉伸的带中心小孔无限大板和细长杆的偶应力问题,对所提方法进行了数值验证,与解析解相比结果令人满意,此外还讨论了节点密度和权函数对计算结果的影响。数值结果表明,所提算法可有效地求解平面偶应力问题。     

不可压黏性流问题的无网格法分析

不可压缩黏性流问题一般采用Navier-Stokes方程来描述，基于加权残值法，推导了问题的无网格伽辽金法（EFGM）离散Navier-Stokes方程，在时间域上采用分步方法计算，速度和压力由相互独立的方程以解耦的形式求解，并采用同阶移动最小二乘近似，在每一时间步中，对压力解和速度解采用了Newton-Raphson迭代法进行修正，最后将所得到的方法应用到剪切驱动空腔流问题中，验证了方法的有效性，且解的精度高、稳定性好。     

稳态斜轧延伸过程的刚塑性伽辽金法模拟

将无网格伽辽金法(Element-Free Galerkin Method,EFGM)与三维刚塑性流动理论相结合,对斜轧延伸过程进行了数值模拟。详细推导了斜轧延伸过程EFGM数值模型的刚度方程,给出了初始速度场和速度边界条件的建立方法和刚性区域的处理技术。得到的轧件的物理形态和金属流动的速度场均与实际情况相符,证明了采用EFGM计算斜轧延伸过程的可行性与正确性,将无网格算法引入到了斜轧领域。并将轧制力和壁厚的计算结果与实验结果进行了比较,结果发现：实验得到的轧制力结果偏小而壁厚值却偏大,其主要原因是由于在建模时做了简化和假定,同时也受轧机弹跳的影响。     

利用无网格伽辽金法分析材料稳态蠕变问题

稳态蠕变是高温环境下材料的一个重要的考虑问题，它也是材料破坏的一种重要形式。由于存在划分网格，利用传统有限元法模拟稳态蠕变有一定的不足之处。作为一种新兴的数值模拟方法，无网格法不需要划分单元，只需将求解问题离散成独立的结点，计算过程可以局部细化。利用连续介质的虚功原理，将无网格伽辽金法应用于稳态蠕变的数值模拟，推导了稳态蠕变的无网格伽辽金法控制方程。利用罚参数来实现稳态蠕变的不可压缩条件和本质边界条件，能够保证求解过程中刚度矩阵的对称正定性。通过实例的计算结果表明，无网格伽辽金法在求解稳态蠕变时具有较高的计算精度，结果与理论解结果吻合，而且前后处理较为简单。     

用无单元法求解河道水流运动方程

本文通过引入滑动最小二乘法和有限差分法,得到水动力学无单元计算法并应用于复杂边界的河道水流运动方程,实际计算表明,该方法精度高,速度快,稳定性也较好。     

无单元法计算钢筋混凝土筏板

对无单元法的基本理论作了介绍,并从变分原理出发推导Ｗｉｎｋｌｅｒ地基上钢筋混凝土筏板的无单元法刚度矩阵,编制了相应的计算程序,通过计算实例验证了本文方法的有效性。     

完全变换法在无网格伽辽金方法中的应用

由于移动最小二乘形函数一般不具有常规有限元或边界元形函数所具有的插值特征，本质边界条件的处理成为无网格伽辽金法实施中的一个难点。本文通过建立节点位移和广义位移之间的关系对移动最小二乘形函数进行修正，给出了修正的移动最小二乘形函数；以二维问题为例，对完全交换法在无网格伽辽金方法中的应用进行了研究，实现了本质边界条件在节点处的精确施加。数值计算结果表明该方法不仅简单合理，而且具有较高的精度、收敛性和稳定性。     

基于重叠划分的自由网格四边形单元计算方法

提出了一种基于重叠划分的自由网格四边形单元计算方法。这一方法将四边形单元引入到自由网格计算方法中，不仅提高了计算的精度，同时还保留了自由网格计算方法的特点。方法首先对分析域内自动生成的每一个节点建立一套临时三角形单元，利用这些临时三角形单元组合生成四边形单元，以节点为单位进行计算。由于各矩阵的计算与组集均以节点为中心进行处理，因而特别适合于并行计算环境。在详细介绍自由网格四边形单元计算方法的基础上，利用数值算例证实了这一方法改善计算精度方面的有效性。     

无网格与有限元的耦合在动态断裂研究中的应用

提出将无网格Galerkin法与有限元耦合的方法用于分析动态裂纹扩展问题,只在裂尖附近区域沿裂纹扩展方向布置无网格结点,而在其他区域采用一般的有限元,区域交界处的结点采用MLS方法插值,然后将求得的结点值再分配到有限单元的相关结点上,保证了无网格区域和有限元区域的交界处位移的连续。避免了网格的再生成,同时也克服了单纯使用无网格Galerkin法所带来的边界条件难处理及计算效率较低的缺点。数值算例显示这种方法是有效的。     

一种新的数值方法——无网格伽辽金法（EFGM）

无网格伽辽金法（ＥＦＧＭ）是近几年发展起来的与有限元相似的一种数值算法,它采用移动的最小二乘法构造形函数,从能量泛函的弱变分形式中得到控制方程,并用拉氏乘子满足本征边界条件,从而得到偏微分方程的数值解中得到该法只需节点信息,不需将节点连成单元,此外,还有精度高,后处理方便等优点,本文介绍其基本原理及实现过程,并用算例表明,该法具有一定的发展前景。     

移动接触下求解二维闭合裂纹的双重迭代边界元法

使用子域边界元法对受移动接触弹性体作用下的二维闭合裂纹问题进行了数值计算。由于两弹性体的接触界面和裂纹表面的接触范围的大小和接触状态事先是未知的 ,对此 ,在两个接触表面同时采用迭代的方法进行了求解。在裂纹的每个裂尖上都采用了四分之一的奇异单元以保证裂尖位移场和应力场奇异性的满足。用我们编制的二维裂纹问题程序对一些中心裂纹问题进行了计算 ,计算结果与经典断裂力学的理论值比较吻合。在无摩擦的条件下 ,对一些具有不同角度且受移动接触弹性体作用下的闭合裂纹问题进行了数值计算 ,得到了一些耦合作用下的应力强度因子的计算结果     

The coupling method for torsion problem of the square cross-section bar with cracks

By coupling natural boundary element method (NBEM) with FEM based on domain decomposition, the torsion problem of the square cross-sections bar with cracks have been studied, the stresses of the nodes of the cross-sections and the stress intensity factors have been calculated, and some distribution pictures of the stresses have been drawn. During computing, the effect of the relaxed factors to the convergence speed of the iterative method has been discussed. The results of the computation have confirmed the advantages of the NBEM and its coupling with the FEM. Foundation item: the State Key Laboratory of Science and Engineering Computation Biography: ZHAO Hui-ming (1971-)