基于节点的局部网格生成算法

讨论了基于节点的有限元方法的网格生成算法及其产生的不一致性问题,提出了基于D e launay三角剖分的唯一性来克服网格不一致性现象的思想,并建议使用局部区域分割方法合理地确定探索圆半径,使中心节点的探索圆包含它的所有卫星点,进而确保算法无不一致性。理论分析和算例表明了该方法的可靠性及有效性。     

高质量点集的快速局部网格生成算法

高效及高质量的局部网格生成算法是基于节点有限元并行方法设计的关键。泡泡布点算法能够在复杂区域上不经过人工干预生成高质量的节点集,本文提出了基于该方法所生成的节点集的快速局部网格生成算法。该算法充分利用泡泡布点方法提供的节点集及节点邻接链表信息,避免了桶数据结构的建立以及节点的局部搜索过程,只需应用Delaunay三角剖分的外接圆准则从中心节点的邻接链表中去除极少数的非卫星点,可快速地生成局部网格,比现有的局部网格生成算法更为快捷。算例结果表明,该算法高效可靠,生成网格与Delaunay三角剖分网格一致。     

简单高效的面向对象四叉树有限元网格生成技术研究

用面向对象的思想和方法与四叉树有限元网格生成结合 ,创建或改进了网格生成各个阶段的算法和实现方式 ,并在面向对象语言 VC 6 .0中得以实现。能快速、高效地生成适用于任何复杂边界的四叉树有限元网格 ,易于自适应 ,易于局部加密和稀疏化。     

脆性材料破坏模拟的网格生成算法

脆性材料的破坏过程具有随机性,当前的网格生成算法没有充分考虑脆性材料破坏时裂纹扩展和碎块生成的随机性。在Persson网格生成算法与Delaunay随机网格剖分理论基础上,提出了一种可根据模拟需要动态控制网格品质的网格生成算法。通过对随机分布点的Delauna三角化,生成初始网格,然后将网格体系比拟为桁架结构,网格节点即为桁架节点。桁架节点在虚拟力作用下可动态调整位置,并最终达到整个体系受力平衡。对Persson 算法中的尺寸分布函数和收敛条件进行了修正,从而提高了收敛速度,并适用于任意形状对象的网格剖分。 基于VC++平台开发了算法程序。通过实例对算法进行了验证,表明算法能够满足脆性材料破碎模拟的需要。     

基于叉树法的自适应有限元局部网格加密研究

本文以叉树法网格生成技术为基础，提出了效率高，易实现的局部网格加密步骤，同时设计了相互匹配的网格数据结构和树数据结构以及局部网格修正算法用以支持本文所提出的局部网格加密步骤，最后，给出了局部网格加密例子，用以证明本文所提出的方法可以很容易地生成任意密度分布的网格，对于实施自适应ｈ－方案是十分有利的。     

大变形问题分析的局部Petrov-Galerkin法

在微机电系统(MEMS)的建模和模拟研究中,大变形或大移动要充分予以考虑.用有限元法分析这类问题,由于难以避免的网格畸变,使模拟效率精度降低甚至失效,无网格方法(Meshless Method)则能在分析这类问题时显示出明显的优势,无网格局部Petrov-Galerkin(MLPG)法被誉为是一种有发展前景的真正无网格法.本文进一步发展了MLPG法,通过对任意的离散分布节点采用局部径向基函数构造插值形函数和Heaviside权函数,分析方程采用局部加权弱形式离散,建立了变量仅依赖于初始构型的完全Lagrange分析格式,最后用Newton-Raphson法迭代求解.文中分析了悬臂梁典型算例和微机电开关非线性大变形问题,通过与有限元结果的比较,表明本文提出的大变形问题无网格局部Petrov-Galerkin法具有稳定性好及收敛性快等优点.     

基于非结构任意多边形网格的滑移面计算技术

基于任意多边形网格管理体系,针对流体多介质问题的数值模拟,发展了拉氏方法滑移面计算技术.文章给出了滑移线设置的数据结构,滑移线上主从点速度与位置的计算格式,及节点滑移后引起界面上点、相关网格邻域关系变化的算法.该滑移计算技术避免了传统算法中由于以模拟法(重叠或分离网格)代替直接法(拼接网格)而造成几何守恒律被破坏的缺陷.数值例子验证了该算法的可行性,体现了算法无缝连接的特点.     

基于网格框架的非结构附面层网格生成技术

附面层网格质量是确保计算流体力学粘性计算精度的关键技术环节.本文针对复杂外形提出了全局一致的高质量附面层网格构造算法,该方法基于针对特征的表面网格区域分解技术,利用表面网格分片后的边界线及其法向量构造最终附面层网格的轮廓框架线,并通过径向基函数及线性插值算法生成完整的附面层网格.通过典型算例分析可以看出,该方法生成的非结构附面层网格精度和全局一致性较高,且能够有效避免复杂外形附面层网格局部及全局交叉现象.     

用逐点插入法生成Delaunay四面体自适应网格

介绍一种基于Delaunay算法的四面体自适应网格的自动划分方法。该方法用单元尺度场控制生成网格的疏密分布,在不满足尺度场要求的单元面形心处插入新节点,同时计算新节点单元尺寸参数,实现三维实体的Delaunay四面体自动划分。此方法具有几个特点:一是表面网格与体内网格同步划分,无需区分两者;二是结点与单元同时生成;三是生成网格自适应性好,疏密分布任意。另外,还介绍了三维网格划分中两个相关算法:一个是约束面恢复算法,该算法基于约束面不允许有单元边与之相交的性质而提出的;另一个是将二维射线法推广至三维空间,判断一个点是否在一多面体内,实现了凹多面体的划分。最后通过算例对单元质量进行了评价。本文所述方法是一种有效的四面体自适应单元生成算法。     

中厚板弯曲分析的无网格弱-强式法(MWS)

基于局部弱式和强式配点相结合的无网格弱-强式法(meshfree weak-strong method,MWS)求解中厚板问题.MWS法对问题域使用整体离散节点表征和强形式配点法进行计算,在自然边界条件上或靠近自然边界条件的区域采用局部弱形式Petrov-Cralerkin法计算,用移动最小二乘法或径向点插值法来构造形函数,是一种理想的真正无网格法.采取MWS法,文中计算了中厚板的弯曲问题和能量误差.算例结果和对比分析表明,无网格弱-强式法(MWS)可以自然协调处理两类边界条件,计算效率高、数值结果稳定;对计算域采用规则节点布置,其解与弹性力学理论解以及有限元解都吻合很好.     

一类针对高阶单元接触搜索算法：系统搜索算法

提出一类基于非线笥约束优化理论的高副搜索算法。通用的一些接触搜索算法一般针对低阶单元,它们具有较高的计算效率,但不适应于高阶单元。随着工整中对计算精度要求不断提高,高阶单元逐步被引入到接触问题计算程序中。因此,给出针对亢介单元而人有与现有的低阶算法相比扩计算效率的接触索算法具有现实意义,本文采用系统索方法和非线性约束优化理论,建立一种高阶单元接触点副搜索算法。计算表明,本算法具有较高的计算疚和良好     

Accuracy and time performance of different schemes of the local field correction PIV technique

Local field correction particle image velocimetry (LFC-PIV) has become an established alternative among high-resolution PIV techniques. Previous works by the authors introduced its implementation by means of simple algorithms. In these works the initial limitation of the method, which was related to the mean distance between particles, was removed. Comparison with other contemporary high-resolution techniques indicates that it offers advantages in robustness and accuracy. The trade-off for this better performance is a heavier computing load. Until now, the computing time that this load requires has not been characterized in detail, since this computing time could be substantially reduced by accepting a reduction in accuracy. This paper focuses on the characterization of the trade-off between time and accuracy, thus offering a new perspective to PIV. In this field, LFC-PIV offers a wide range of possibilities that are described in the paper. Several alternative schemes for LFC-PIV are tested, together with an analysis of the influence of the number of iterations. Performance figures for both accuracy and expended time are given. Metrological evaluation is carried out over synthetic images. A test of coherence between these results and the performance on real images is also presented. The paper shows that even for a limited number of iterations this technique offers advantages.     

基于分区加速和总体共轭梯度法的耦合界面数据传递问题研究

对于耦合动力学问题的分析过程,在界面上需频繁进行数据交换。为此,基于紧支径向基函数和多项式基函数推导了界面数据传递的插值算法,给出了传递矩阵的具体形式。通过分析时间复杂度,找出该算法在大节点量时效率不高的原因在于径向基矩阵的构造和传递矩阵的计算。为加快径向基矩阵的构造速度,提出分区加速处理以提高相关节点的搜索效率;为避免传递矩阵求解过程中的求逆运算,将其转化为多右端项的大型稀疏对称线性方程组问题,引入多右端项的总体共轭梯度迭代方法求解,并讨论了初始估计矩阵的选取方法。数值算例结果表明,结合使用分区加速原理和总体共轭梯度迭代方法,可在不损失插值精度的前提下显著提高求解效率。     

Hierarchical distributed metamodel‐assisted evolutionary algorithms in shape optimization

In aerodynamic shape optimization, the availability of multiple evaluation models of different precision and hence computational cost can be efficiently exploited in a hierarchical evolutionary algorithm. Thus, in this work the demes of a distributed evolutionary algorithm are ordered in levels, with each level employing a different flow analysis method, giving rise to a hierarchical distributed scheme. The arduous task of exploring the design space is undertaken by demes consisting the lower hierarchy level, which use a low‐cost flow analysis tool, namely a viscous–inviscid flow interaction method. Promising solutions are directed towards the higher level, where these are further evolved based on a high precision/cost evaluation tool, viz. a Navier–Stokes equations solver. The final, optimal solution is obtained from the highest hierarchy level. At each level, metamodels, trained on‐line on the outcome of evaluations with the level's analysis tool, are used. The role of metamodels is to allow a parsimonious use of computational resources by filtering the poorly performing individuals in each deme. The entire algorithm has been implemented so as to take advantage of a parallel computing system. The efficiency and effectiveness of the proposed hierarchical distributed evolutionary algorithm have been assessed in the design of a transonic isolated airfoil and a compressor cascade. Remarkable superiority over the conventional evolutionary algorithms has been monitored. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Solutions of matrix equations in problems of mechanics and control

The paper considers algorithms for solving linear matrix equations related to problems of mechanics and control, namely, the Lyapunov and Sylvester matrix equations and Riccati-type nonlinear matrix equations. These algorithms are capable of solving both linear equations and linear matrix inequalities. Algorithms based on the Bass relations are used to solve Riccati-type nonlinear matrix equations in so-called special cases where some eigenvalues of the matrix pencil are on a unit circle. These algorithms are compared with those of other authors by way of examples. It is shown that the algorithms can be implemented in symbolic computing routings, which allows solving these equations with high accuracy     

云环境下的大规模线性有限元并行实现

针对Hadoop MapReduce框架实现迭代算法效率不高的问题,提出了基于Spark RDDs(Resilient Distributed Datasets)的大规模线性有限元并行算法,探索在云平台上有效地实现迭代算法。在Hadoop+Spark实验室集群上,通过空间桁架进行算例验证,并与基于Hadoop MapReduce的线性有限元并行算法进行性能比较。结果表明,在本文搭建的集群上,基于RDDs的并行算法能求解15000000个自由度的空间桁架问题,远大于Hadoop平台上的3000000个自由度;对于小模型,Spark可获得200倍以上的加速比,对于大模型,获得7~8倍加速比。     

实模态参数的二阶灵敏度算法与对比分析

精确计算实模态参数灵敏度的方法包括模态法、代数法和直接法。为了提高其工程应用性,并比较三者的精度,提出了实模态参数的二阶灵敏度的代数法、全模态法及与全模态法相对应的截模态算法,其中截模态算法的截断准则简单高效,更具有工程价值。数值算例检验了所提出的全部算法的正确性及有效性。同时,数值结果也显示三种精确算法具有相同的精度,并且截模态算法也具有较高精度,是非常实用的灵敏度分析算法。     

一种结构动力时程分析的积分求微方法

传统采用微分求积(differential quadrature,DQ)法求解动力问题时都是以位移响应作为基本未知量,而将速度响应和加速度响应表示为位移响应的加权和的形式.如此做法需要处理线性方程组或者矩阵方程(Sylvester方程)才能求得动力响应,导出的算法一般为有条件稳定算法.本文利用动力响应的Duhamel积分解,逆用DQ原理,提出了一种计算卷积的高精度显式算法.该算法可以逐时段地求解出动力时程响应,当各时段内DQ节点分布完全一致时,仅须进行一次Vandermonde矩阵求逆计算即可应用于各个时段,一次性获得时段内多个时刻的位移响应值,因而具有计算效率高的优点.通过分析动力方程积分格式,证明本文动力算法传递矩阵的谱半径恒等于1,因而该算法具有无条件稳定特性,且计算过程中不会产生数值耗散. 本文算法的数值精度取决于分析时段内布置的DQ节点数量$N$,具有$N-1$阶代数精度.实际操作时可以取10个甚至更多的DQ节点数,从而获得比较高的数值精度.