薄板弯曲分析的节点积分高阶无网格法

采用高阶无网格法求解薄板弯曲问题,在已发展的线性曲率光顺方案的基础上,通过引入泰勒展开技术,建立了能够精确再现纯弯曲和线性弯曲模式的节点积分方法。与之相比,目前无网格薄板分析主要采用的节点积分方法仅能精确再现纯弯曲模式。数值结果表明,本文方法可精确通过纯弯曲和线性弯曲试验,且能得到光滑、无振荡的弯矩场。与标准的高斯积分方法和目前已存在的节点积分方法相比,本文方法在计算精度、效率以及弯矩分布等方面均展现出显著优势。     

薄板弯曲分析的高阶高效无网格法

与传统有限元法相比，无网格法具有节点形函数高度光滑、易于形成高阶近似等优势，更适合于以薄板弯曲问题为代表的高阶偏微分方程的数值求解。然而，高阶无网格法的形函数是非多项式的有理函数，导致弱形式的区域积分难以得到精确计算，通常采用的高阶高斯积分方法需使用大量积分点，计算效率低且精度不高。本文针对薄板弯曲问题的高阶（三阶）无网格法分析，首次发展了与该高阶近似相一致的曲率光顺方案，并基于背景三角形积分单元建立了相应的数值积分格式，大幅度减少了所需的积分点数目。所发展方法的关键在于计算刚度阵所需的形函数的二阶导数由形函数及其一阶导数通过散度定理确定，而非对形函数直接求导获得。数值结果表明，基于标准的高斯积分方案的高阶无网格法精度不高，不能精确再现纯弯曲和线性弯曲模式，且得到的弯矩场分布存在严重的虚假数值振荡。而本文所建议的基于曲率光顺方案的高阶无网格法能够方便高效地求解薄板弯曲问题，尤其是它能精确反映纯弯曲和线性弯曲模式。与标准的高斯积分方法和目前主流的常曲率光顺方法相比，本文方法在计算效率、精度、弯矩分布等方面均展现出显著优势，因而具有较好的应用价值。     

基于等效系统假定的变厚度板弯曲广义积分变换解

针对等厚度薄板的弯曲问题,研究人员已给出了基于不同数值算法的经典数值解。针对变厚度薄板弯曲问题的解答较少,且以有限元数值模拟计算为主,计算耗时较大。本文基于广义积分变换原理建立了求解变厚度等效系统的广义积分变换算法,分析了线性和二次变化的变厚度板在多种边界条件下的弯曲问题,利用文献已发表结果同本文建立的广义积分变换解进行验证。计算结果表明,本文建立的基于广义积分变换的变厚度板弯曲求解方法具有较高准确性。同时,通过参数化分析手段,分别利用广义积分变换方法和有限元数值模拟方法讨论了不同边界约束和长宽比等条件对中心点处挠度的影响,计算结果具有较好的一致性,证明本文建立的广义积分变换方法可用于求解变厚度板弯曲问题,且具有较高的准确性。     

用杂交边界点法分析简支薄板的热弯曲问题

该文利用杂交边界点法对简支薄板的热弹性弯曲进行了分析计算.采用薄板的热弹性理论,通过薄板的修正变分原理建立了各向同性薄板的边界局部积分方程,域内变量使用基本解插值,而边界上的变量则用移动最小二乘法近似.计算时仅需边界上离散点的信息,无论变量近似还是数值积分都不需要网格,因此该方法是一种纯边界类型无网格方法.数值算例表明，杂交边界点法在分析薄板的热弯曲问题时具有效率高、精度高和收敛性好等优点.     

Winkler地基上各向异性薄板弯曲的精确解-广义积分变换解

外界载荷作用下复合材料薄板的弯曲行为是工程重点关注的问题之一。针对各向同性和正交各向异性的薄板弯曲问题,研究人员已给出了经典数值解。由于计算的复杂性,针对各向异性薄板弯曲问题的解答较少。本文从薄板弯曲问题的控制方程出发,建立符合该问题的辅助特征方程,并确定相应的特征值和特征函数。利用广义积分变换的思想,建立了求解非正交铺层条件下各向异性薄板弯曲问题的数值算法,给出了各向异性薄板弯曲的精确解。与其他文献结果比较发现,该方法具有较好的收敛性和准确性。     

弹性薄板弯曲问题的双互易杂交边界点法

基于一种板的修正变分泛函,将杂交边界点法与双互易法结合,用于薄板弯曲问题的分析。该方法将问题的解分为齐次方程的通解和非齐次的特解两部分,特解采用径向基函数插值得到,而通解则使用杂交边界点法求解。在杂交边界点法用于求解通解的列式过程中,边界变量采用移动最小二乘近似,域内变量则采用基本解插值。与有限元法相比,该方法仅需要边界上离散点的信息,无论插值还是积分都不需要网格,域内点仅用来插值非齐次项,因而仍是一种纯边界类型的无网格方法。数值算例表明,本文方法能以很少的计算自由度获得与其它方法同样的计算精度,且具有前后处理简单、收敛速度快等优点,适合于求解工程中各种薄板的弯曲问题。     

基于边界元法的非均质薄板弯曲问题的解

本文用边界元法研究非均质无限域弹性薄板弯曲问题.在数值实施过程中,对于夹杂和基体分别形成边界积分方程.通过离散边界积分方程,得到相应的方程组,然后结合界面条件,最终获得问题的求解方程组.在界面的相关量求得之后,可以根据需要来求解基体和夹杂中的有关位置的弯矩.数值结果与已有的解做了对比.     

裂纹问题的一致性高阶无网格法

一致性高阶无网格法能高效精确地求解连续体问题，尤其是能得到高精度的应力场。本文将该方法拓展到应力解析精度至关重要的裂纹问题（即非连续体问题）的数值分析。采用背景积分网格描述裂纹几何，基于无需增加节点额外自由度的虚拟节点法描述裂纹处位移场的间断，提出了虚拟节点的引入算法和断裂单元的数值积分方法。为进一步模拟裂纹扩展，采用相互作用积分方法计算应力强度因子，裂纹的扩展方向由最大周向应力准则确定。数值结果表明，本文发展方法能够精确地通过间断分片试验；相较于标准的高阶无网格法和低阶一致性无网格法，本文的一致性高阶无网格法显著改善了应力强度因子的计算精度，能够准确预测裂纹扩展路径。     

用局部Petrov-Galerkin法分析薄板自由振动

利用薄板振型方程的等效积分弱形式和对振型函数采用移动最小二乘近似函数进行插值，本文进一步研究了无网格局部Petrov-Galerkin方法在薄板自由振动问题中的应用。它不需要任何形式的网格划分，所有的积分都在规则形状的子域及其边界上进行。在插值近似时，采用虚拟-实际节点值变换方法直接引入本质边界条件。通过数值算例和与其他方法的结果进行比较，表明无网格局部Petrov-Galerkin法求解弹性薄板自由振动问题具有收敛性好、精度高等一系列优点。     

薄板弯曲问题的虚边界元-最小二乘法

本文提出求解任意形状的薄板弯曲问题的虚边界元-最小二乘法。本法首先利用薄板弯曲平衡方程的格林函数和离开实际边界上分布的未知的横向荷载和法向弯矩函数建立满足实际边界条件的积分方程;然后采用最小二乘法和沿虚边界分段离散化的待定的分布横向荷载和法向弯矩函数得到求上述积分方程离散化数值解的线性代数方程组。导出了一系列的数值积分的公式,并求解了许多例题,数值结果说明本法完全避免了奇异积分及其复杂的处理方法和耗时的运算,而且在边界及其附近区域解的精度比普通边界元(以后简称边界元)法大大地提高了。     

薄板分析的线性基梯度光滑伽辽金无网格法

薄板问题的控制方程为四阶微分方程,因而当采用伽辽金法进行分析时,形函数需要满足C$^{1}$连续性要求,且至少使用二次基函数才能保证方法的收敛性.无网格形函数虽然易于满足C$^{1}$连续性要求,但由于不是多项式,其二阶导数的计算较为复杂耗时,同时也对刚度矩阵的数值积分提出了更高的要求.本文提出了一种薄板分析的线性基梯度光滑伽辽金无网格法,该方法的基础是线性基无网格形函数的光滑梯度.在梯度光滑构造的理论框架内,无网格形函数的二阶光滑梯度可以表示为形函数一阶梯度的线性组合,因而可以提高形函数二阶梯度的计算效率.分析表明,线性基无网格形函数的光滑梯度不仅满足其固有的线性梯度一致性条件,还满足本属于二次基函数对应的额外高阶一致性条件,因此能够恰当地运用到薄板结构的伽辽金分析.此外,插值误差分析也很好地验证了线性基无网格光滑梯度的收敛特性.算例结果进一步表明,线性基梯度光滑伽辽金无网格法的收敛率与传统二次基伽辽金无网格法相当,但精度更高,同时刚度矩阵所需的高斯积分点数明显减少.      

结构损伤诊断的改进灵敏度方法

提出一种改进的灵敏度方法用于工程结构损伤检测中。通过在迭代算法中引入一个“加速”公式来迅速获得足够精确的识别结果，避免了多次迭代，可以大大减少计算花费。用文献[8]和文献[10]中的两个数值算例对所提方法进行了验证，并把结果和原文中的计算结果进行比较。结果表明：采用改进的方法一般只需经过一次计算即可获得精度更高的识别结果，避免了多次迭代，显著减少了计算花费，显示了改进方法突出的优越性。     

A nodal integration technique for meshfree radial point interpolation method (NI-RPIM)

A novel nodal integration technique for the meshfree radial point interpolation method (NI-RPIM) is presented for solid mechanics problems. In the NI-RPIM, radial basis functions (RBFs) augmented with polynomials are used to construct shape functions that possess the Delta function property. Galerkin weak form is adopted for creating discretized system equations, in which nodal integration is used to compute system matrices. A stable and simple nodal integration scheme is proposed to perform the nodal integration numerically. The NI-RPIM is examined using a number of example problems including stress analysis of an automobile mechanical component. The effect of shape parameters and dimension of local support domain on the results of the NI-RPIM is investigated in detail through these examples. The numerical solutions show that the present method is a robust, reliable, stable meshfree method and possesses better computational properties compared with traditional linear FEM and original RPIM using Gauss integration scheme.     

基于径向基函数配点法的梁板弯曲问题分析

采用径向基函数配点法分析考虑剪切效应的梁板弯曲问题，该方法利用径向基函数作为近似函数，基于配点法离散方程，通过最小二乘法求解。径向基函数配点法在离散和计算过程中不需要任何形式的网格划分，是一种真正的无网格法；径向基函数可以用一元函数来描述多元函数，存在明显的储存和运算简单的特点；而基于配点法求解不需要积分，提高了计算效率。分析考虑剪切效应的薄梁板问题时，传统的有限元法或无网格法求解均会存在剪切锁闭问题，而径向基函数在全域内存在无限连续性，能够准确地满足Kirchhoff约束条件，因此径向基函数配点法能够消除剪切锁闭现象，而且不会出现应力波动。该方法的优势在于，其不仅易于离散、精度高，而且具有指数收敛率，计算效率高。数值算例验证了上述结论和该方法的稳定性。     

基于四边形积分子域的一致性高阶无网格法

近来提出的一致性高阶无网格法通过发展导数修正技术大幅度减少了所需积分点数目,并能够精确地通过分片试验,从而显著改善无网格计算的效率、精度和收敛性。然而,由于导数修正方程数目须与积分点数目相匹配,该方法仅限于使用三角形积分子域。在保留原有导数修正方程的基础上,提出了修正导数的共面条件,并据此建立补充方程,使得方程总数可匹配于所需的积分点数目,从而将一致性高阶无网格法方便地拓展到使用四边形积分子域。数值结果表明,本文方法精确地通过了分片试验,并展现出极好的计算精度、效率和收敛性。     

自适应一致性高阶无单元伽辽金法

近来提出的一致性高阶无单元伽辽金法通过导数修正技术大幅度减少了所需积分点数目,并能够精确地通过线性和二次分片试验,显著改善标准无单元伽辽金法的计算效率、精度和收敛性.本文在此基础之上,充分利用无单元法易于在局部区域添加节点的优势,发展了一致性高阶无单元伽辽金法的h型自适应分析方法.根据应变能密度梯度该方法自适应地确定需节点加密的区域,基于背景积分网格的局部多层细化要求生成新的计算节点,同时考虑了节点分布由密到疏渐进过渡的情形.采用相邻两次计算的应变能的相对误差作为自适应过程的停止准则,将所发展自适应无网格法应用于由几何外形、边界外载和体力等因素造成的应力集中问题的计算分析.数值结果表明,所发展方法能够自适应地对高应力梯度区域进行节点加密,自动给出合理的计算节点分布.与已有的标准无网格法的自适应分析相比,所发展方法在计算效率、精度和应力场光滑性等方面均展现出显著优势.与采用节点均匀分布的一致性高阶无单元伽辽金法相比,它大幅度地减少了计算节点数目,有效提高了一致性高阶无单元伽辽金法在分析应力集中等存在局部高梯度问题时的计算效率和求解精度.     

几何非线性分析的高效高阶无网格法

准确高效地处理几何非线性对于材料破坏等大变形过程的数值分析至关重要。考虑到无网格法具有易于形成高阶近似函数等诸多优点，本文发展了几何非线性分析的高阶无网格法。采用上一载荷步收敛的构形作为计算的参考构形，位移本质边界条件由罚函数法施加。为提高计算效率，将针对线性问题发展的二阶一致三点积分格式QC3（Quadratically Consistent 3-point integration scheme）拓展到考虑构形变化的几何非线性分析，大幅度减少了所需的积分点数目。数值结果表明，本文发展的高阶无网格法能够准确有效地处理几何非线性问题，而且在计算效率、精度以及应力场光滑性等方面均表现出显著优势。     

矩形加肋板线性弯曲分析的移动最小二乘无网格法

提出了一种求解矩形加肋板线性弯曲问题的移动最小二乘无网格法。将矩形加肋板模拟成平板与肋条组成的复合结构。先基于一阶剪切变形理论,由移动最小二乘近似建立板和肋条的位移场,再利用板与肋条叠合处的位移协调条件,推导肋条与板的节点参数转换方程,最后利用此方程将板与肋条的应变能叠加,推导出整个加肋板的刚度方程。由于本文提出的加肋板无网格模型中不涉及到网格,肋条不必像有限元那样必须沿网格线布置,肋条位置的改变也不会导致板网格的重新划分。文末算例表明由本文方法得到的解与采用实体单元得到的ANSYS有限元解吻合良好,证明了本文方法的准确性。