质点积分无单元伽辽金法及其在金属挤压过程中的应用

无单元伽辽金法需要在背景网格上积分,计算量大.节点积分无单元伽辽金法把对求解域的积分转化为对节点的求和,效率高,但因零能模态不受控制而会产生不稳定现象,需要采取一定的稳定化方案.本文采用应力点思想,通过Newtor-Cotes法计算积分,建立了质点积分无单元伽辽金法,并通过小变形弹性静力学问题说明了该方法具有良好的稳定性,且计算效率远高于无单元伽辽金法.最后本文将质点积分无单元伽辽金法成功地应用于三维金属挤压成型过程的数值模拟,显示了该方法在分析此类问题时的优势和潜力.     

边坡弹塑性稳定性分析的无网格法

将无单元伽辽金法(EFGM) 推广到求解弹-- 黏塑性问题, 自行编制了相应的计算程序, 并应用于土质边坡的弹塑性稳定分析. 通过无单元伽辽金法计算结果与有限元法的计算结果的对比分析, 可以发现用黏弹塑性问题的无单元伽辽金法计算程序去求解弹塑性问题是方便可行的, 本文编制的计算程序稳定性好, 收敛速度快.     

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.     

具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构动力学行为研究

弹性梁结构作为一种基本单元被广泛于建筑、航空、航天、船舶等工程领域. 为有效降低弹性梁结构的振动水平, 深刻理解其振动特性、动力学行为显得尤为重要. 本文建立了具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构动力学分析模型, 并采用伽辽金截断法预报梁结构的动力学响应. 在伽辽金截断法的求解过程中, 选取具有弹性边界约束的轴向载荷梁结构的模态振型函数作为伽辽金截断法的试函数与权函数. 首先, 研究截断数对伽辽金截断法稳定性的影响, 并采用谐波平衡法研究伽辽金截断法的可靠性. 在此基础上, 研究谐波激励扫频方向、非线性支撑参数对具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构动力学响应的影响规律. 研究结果表明, 具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构的动力学响应具有初值敏感性且非线性支撑参数对梁结构动力学响应的影响显著. 相关非线性支撑参数使得梁结构出现复杂动力学行为. 合适的非线性支撑参数能够抑制具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构的复杂动力学行为并对梁结构边界处的减振具有有益效果.      

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。     

无网格局部Petrov-Galerkin方法的并行计算研究

研究了无网格局部Petrov-Galerkin方法MLPG(Meshless Local Petrov-Galerkin Method)的并行算法与并行实现过程。将MLPG方法推广到弹性动力学问题,研究了MLPG方法中节点搜索、积分点搜索、数值积分及方程组求解等过程的并行算法,并给出了MLPG方法并行计算的具体实现过程。两个数值算例验证了MLPG并行算法的有效性;计算结果表明,MLPG方法的并行计算具有很好的并行性能和可扩展性。     

粘弹性问题的插值型无单元伽辽金比例边界法

作为一种最近发展起来的半解析数值方法,插值型无单元伽辽金比例边界法不仅无需基本解,且在处理应力奇异性问题和无限域问题时十分有效．为了更有效地求解粘弹性问题,对插值型无单元伽辽金比例边界法应用于此类问题进行了研究,并发展了相应的算法. 通过时域分段展开,将时空耦合的初边值问题转化为一系列递推形式的边值问题,然后采用插值型无单元伽辽金比例边界法进行自适应计算．在径向保持解析特性的基础上,环向采用无单元伽辽金法离散可简化前处理和后处理工作量．此外,改进的插值型移动最小二乘法形函数具有插值性,有效地解决了本质边界条件不能直接施加的困难．最后给出了数值算例,并验证了所提方法的有效性和正确性.     

基于无网格—图论方法的岩体边坡稳定性分析研究

将无网格伽辽金法应用于岩体边坡稳定性分析,发展了基于无网格模型和有向加权图Bellman-Ford最短路径搜索算法相结合的无网格-图论边坡滑移面搜索方法,以搜寻节理岩体边坡失稳时的临界滑移面并得出其相应的安全系数.区别于传统的滑移面搜索算法,本文方法无需假定滑移面形状,更适用于具有复杂滑移线形状的节理岩体边坡的稳定性分析与计算,具有稳定和高效的算法特点.文中详细论述了无网格-图论最短路径算法的理论、方法和程序实现,并通过算例说明该方法在岩体边坡稳定性分析中的适用性.     

基于无网格一图论方法的岩体边坡稳定性分析研究

将无网格伽辽金法应用于岩体边坡稳定性分析,发展了基于无网格模型和有向加权图Bellman—Ford最短路径搜索算法相结合的无网格-图论边坡滑移面搜索方法,以搜寻节理岩体边坡失稳时的临界滑移面并得出其相应的安全系数。区别于传统的滑移面搜索算法,本文方法无需假定滑移面形状,更适用于具有复杂滑移线形状的节理岩体边坡的稳定性分析与计算,具有稳定和高效的算法特点。文中详细论述了无网格-图论最短路径算法的理论、方法和程序实现,并通过算例说明该方法在岩体边坡稳定性分析中的适用性。     

局部正交无网格伽辽金法的研究及其在含多裂纹多孔结构中的应用

通过对无网格法中正交基函数的研究,提出局部正交无网格伽辽金法,局部正交基函数保持原正交基函数的性质,但其导数具有了通式,简洁明了,易于编程实现,计算效率高,并将其应用到求解含多裂纹多孔均匀拉伸板的应力强度因子中,计算结果与用正交无网格伽辽金法和有限元法得到的结果进行比较,证明了局部正交无网格伽辽金法的可行性和正确性。     

无网格Galerkin法GPU加速并行计算及其应用

针对无网格Galerkin法计算耗时的问题,采用逐节点对法来组装刚度矩阵、共轭梯度法求解基于CSR格式存储的稀疏线性方程组,提出了一种利用罚函数法施加本质边界条件的EFG法GPU加速并行算法,给出了刚度矩阵和惩罚刚度矩阵的统一格式,以及GPU加速并行算法的流程图。编写了基于CUDA构架平台的GPU程序,且在NVIDIA GeForce GTX 660显卡上通过数值算例对所提算法进行了性能测试与分析比较,探讨了影响加速比的因素。算例结果验证了所提算法的可行性,并在满足计算精度的前提下,其加速比最大可达17倍;同时线性方程组的求解对加速比起决定性影响。     

微机网络并行环境下杆壳组合结构动力特性并行计算

回顾了有限元并行计算发展的历史,阐述了微机网络并行计算环境的意义,给出了基于微机网络并行环境的杆壳组合结构动力分析并行算法,该算法包括杆壳组合结构总刚度矩阵和总质量矩阵的并行计算以及求解广义特征值问题的并行子空间迭代法的并行计算,在多台微机上安装PVM．使用Linux操作系统．构成分布式微机网络并行计算环境,将上述算法用于某型号飞机机翼及某型号挂架动力特性的并行计算,在该并行环境下的教值试验表明所给算法是非常有效的。     

三维Euler方程的分区和并行计算

三维全机绕流区域分解成多块子区域,多块区域之间采用迎风型通量守恒内边界耦合条件,分区计算总体区域,形成总体耦合流场的分区数值解。利用PVM并行环境,采用纯结点并行计算编程方式和“先进先出”的同步控制等待机制,对三维复杂流动跨音速流场相应分区实现了多区域并行计算。分析了影响并行效率的主要因素,将并行计算结果与串行计算结果和实验结果作了比较,讨论了多种区域分解数目的并行计算效率。在负载平衡程度较好时,可得到较高的并行效率。     

A combined approach of EFGM and precise algorithm in time domain solving viscoelasticity problems

In this paper, element free Galerkin (EFG) method is combined with a precise algorithm in the time domain for solving viscoelasticity problems. By expanding variables at discretized time intervals, an initial boundary value problem is converted into a series of recurrent boundary value problems which can be conveniently solved by EFG/EFG-FE with a self-adaptive computing process. There is no requirement of iteration for the solution of non-linear cases. Satisfactory numerical results are obtained for both static and dynamical viscoelasticity problems.     

An error indicator for the element free Galerkin method

In this paper we present an error indicator for the Element Free Galerkin (EFG) method, whose evaluation is computationally so simple that it can be readily implemented in existing EFG codes. The error indicator works very well in all numerical examples for 2-D potential and elasticity problems that are presented here, for regular and irregular grid of nodes. Moreover, it was demonstrated that this method is very simple in terms of economy and gives a good performance. The results show the error in EFG approximation may be estimated via the error indicator described in this paper. The indicator allows the global energy norm error to be estimated and also gives a good evaluation of local errors. It can thus be combined with a full adaptive process of refinement or, more simply, provide guidance for cloud of points redesign.     

基于混合网格Navier-Stokes方程的并行隐式计算方法研究

针对结构网格很难处理复杂外形和非结构网格无法计算具有边界层的粘性流动的缺点,发展了基于混合网格格点的隐式算法,成功地解决了在工程应用中难于处理的复杂外形粘性流场计算和效率问题。同时针对大规模的工程问题,发展了基于MPI通信技术的染色分层通讯并行计算方法。其中空间离散采用基于Roe格式发展的三阶迎风HLLEW(Harten-Lax-Van Leer-Einfeldt-Wada)或AUSM格式,湍流模型采用k??两方程湍流模型,时间推进考虑到LU-SGS并行等效较困难则采用基于DP-LUR(Data-Parallel Lower-Upper Relaxation)格式的隐式算法,计算CFL数可取到105量级,从2个到128个CPU的并行加速效率都保持在90%以上,大大提高了计算效率。算例对标模M6机翼模型流场进行计算,验证了方法的可靠性;然后对标模DLR-F6翼身组合体进行混合网格粘性与无粘计算结果进行比较,进一步验证混合网格方法;最后计算了DLR-WBNP外挂发动机翼身组合体模型,准确模拟了外挂和超临界机翼的相互干扰流动问题,采用4 CPU 16 CORE到24 CPU 96 CORE,2000步计算时间都不超...     

An Element Free Galerkin analysis of steady dynamic growth of a mode i crack in elastic–plastic materials

An Element Free Galerkin (EFG) method based formulation for steady dynamic crack growth in elastic–plastic materials is developed. A domain convecting parallel to the steadily moving crack tip is employed. The EFG methodology eliminates the stringent mesh requirements of the Finite Element Method (FEM) for such problems. Both rate-independent materials and rate-dependent materials are considered. The material is characterized by von Mises yielding condition and an associated flow rule. For rate-independent materials, both the influence of crack speeds and that of strain hardening on the mechanics of steady dynamic crack growth are investigated. For rate-dependent materials, only a non-hardening material is considered with emphasis on determining the influence of viscous properties of materials and crack speeds. The influence of strain hardening on steady dynamic crack growth shows the same trends as for steady quasi-static crack growth. The simplifications used in the literature in deriving analytical solutions for high strain-rate crack growth have been examined thoroughly using the numerical results.     

拉氏反变换的数值并行算法及其在弹性动力学边界元法中的应用

本文讨论了快速拉氏反变换的数值并行算法，并将其应用于瞬态弹性动力学的边界元法。为了本文提出的并行算法的优越性，还给出了串行算法，最后将串行和并行计算结果与解析解进行了比较，说明本文方法的正确性和有效性。对拉氏反变换的数值并行算法及其应用于瞬态弹性动力学边界元法的优越性进行了研究。从计算时间可以看出，并行计算的时间比串行计算时间可大幅度减少，说明了本文方法的优越性。     

基于并行计算和遗传算法的钢-UHPC华夫板组合梁优化设计

为实现钢-超高性能混凝土(UHPC)华夫板组合梁结构快速经济合理的设计，提出了基于并行计算与遗传算法的结构优化设计方法。通过Python建立了并行计算平台，使Abaqus和Python能够执行同步数值模拟和数据处理，以成本最小化为目标，采用遗传算法对钢-UHPC华夫板组合梁进行了优化，验证了所提方法的可行性。结果表明，遗传算法中密集的分析任务可以并行化并分配给不同的计算资源以提高计算效率；使用并行计算可以提高8.6倍的优化效率；并行计算和串行计算的CPU平均使用率分别为82%和18%。本文方法的成功应用可为其他类型结构的优化设计提供参考。     

流动问题无网格Galerkin方法的稳定化方案研究

直接运用无网格Galerkin方法求解对流占优的非线性对流扩散方程及纯对流方程,会出现数值伪振荡现象。本文基于无网格Galerkin方法,构造了MFSUPG(Meshfree Streamline Upwind Petrov-Galerkin),MF-GLS(Meshfree Galerkin Least-Square),MFSGS(Meshfree Sub-Grid Scale)及MFLS(Meshfree Least-Square)四种稳定化方案。数值实验表明:四种稳定化方案中,MFLS的通用性最强。耦合MFLS的无网格Galerkin方法能很好地求解对流占优的非线性对流扩散方程及纯对流方程,具有计算精度高、稳定性好、前后处理方便、算法实施简单的优点,并能捕捉解的大梯度变化。