边界元法中线性方程组的拟波阵分块求解

以边界单元法形成的线性方程组为例提出了一种分块求解具有非线称满系数矩阵方程组的拟波阵方法。这种在于高斯消去法基本原理的分块求解法,采用了拟波阵求解技术,使常驻计算机内存的仅为二行分块的系数子矩阵。     

一种改进的2n因子乘积形式的逆矩阵求解算法

复杂结构的有限元分析需要耗费巨大的内存和计算机时间。在此过程中，有限元线性方程组的求解时间占很大比例，因此，发展高效的线性方程组求解算法是提高有限元分析效率的关键，针对矩阵求逆问题，该文将有限元方程组的系数矩阵视为等分块矩阵，并基于等分块矩阵的概念推广了传统的逆矩阵的n因子和2n因子乘积形式。推广后得到的这组乘积形式在适当条件下又分别可以退化到传统的逆矩阵的n因子2n因子乘积形式，应用基于推广后得到的这组乘积形式的求逆算法来求解板材冲压成形有限元数值模拟中的大型有限元线性方程组，结果表明，该算法可以显著地提高大型有限元线性方程组的求解效率。     

大型边界元方程组的并行直接分块求解算法

针对大型边界元方程组和网络微机机群环境提出了一种并行直接分块求解算法，算法基于分块高斯-若当消去法的原理，采用内外存交互技术，并行分块消去方法，节点超行的卷帘存储方案和并行环状循环逐次修正策略，增大了解题规模，提高了计算速度。算例计算结果表明该算法具有较高的并行加速比和并行效率，适用于大型问题的边界元法求解。     

弹性半空间二维出平面自由波场的一维化时域算法

提出了一种计算出平面SH波斜入射时弹性半空间自由波场时域计算的一维化有限元方法。首先利用Snell定律确定平面波沿水平方向的传播规律,在用有限元法对弹性半空间进行离散化时,竖向单元尺寸根据波动有限元模拟精度要求确定,而水平向有限元网格尺寸根据水平向波的传播规律和采用的离散时间步长确定,使得有限元离散模型中任意节点的运动可以用水平向相邻节点的运动表示,从而将二维有限元节点运动方程组化为一维的形式。求解此一维方程组,可得到弹性半空间中一列节点的运动,再根据行波的传播规律,可确定全空间自由波场。理论分析和数值算例表明,该方法具有较高的精度和良好的稳定性。     

成层半空间出平面自由波场的一维化时域算法

提出了一种计算出平面SH波斜入射时弹性水平成层半空间中自由波场时域计算的一维化有 限元方法. 在进行有限元网格划分时，竖向单元取满足有限元模拟精度的任意尺寸，水平向 网格尺寸由时间离散步长和水平视波速确定，并自动进行虚拟网格划分. 基底设置人工边界， 并将波动输入转化为等效荷载施加在边界节点上. 然后将集中质量有限元法和中心差分法相 结合建立节点运动方程，并将水平方向相邻节点的运动用该节点相邻时刻的运动表示，从而 将求解节点运动的二维方程组转化为一维方程组. 求解此方程组，即得到自由场中竖向一列 节点的运动. 最后根据行波传播的特点，可方便地确定全部自由波场. 理论分析和数值算例 表明，该方法具有较高的精度和良好的稳定性.     

有限元分析快速直接求解技术进展

现代的有限元分析往往产生大规模的线性方程组, 它的求解效率是有限元分析中最关键的一环. 自20世纪90年代中期, 有限元的求解技术发生了巨大的变化, 传统的变带宽解法与波前法被稀疏解法所替代.这一替代为有限元分析带来了求解速度的突破, 它使得1万到10万个节点的实用三维有限元分析在微机上即时求解成为现实. 本文回顾非并行有限元快速直接求解技术在过去20年的发展, 着重讨论了填充元优化与浮点加速运算方法, 期望能引起同行的注意.      

无穷域势流问题的有限元／差分线法混合求解

提出了一种将有限元和差分线法相结合求解无穷域势流问题的算法。用两同心圆将求解域划分为存在重叠的有限和无限两个区域,在有限和无限域上分别用有限元和差分线法求解Laplace方程边值问题。用差分线法推导出的关系式修正有限元方程,求解该方程组从而得到原问题的解。本算法将求解无穷域问题转化为代数特征值问题和有限域内线性方程组的...     

二维拟定常爆轰波反应区的初步研究

研究由现代爆轰渐近分析理论建立的关于二维拟定常爆轰波反应区的控制方程组，用数值积分方法求解该方程组，得到爆轰波反应区内压力、粒子速度、化学反应度随时间变化的规律。对乳化硝铵、PBX-9404和TATB炸药进行了计算，得到比较满意的结果。     

一种简单快速的多块网格生成方法

利用有限元中的形函数进行网格插值映射分块生成网格,构造了一种块网格拓扑结构,使得块与相邻块之间自动组合,并利用该方法对二维、三维复杂区域进行分块网格生成,说明该方法生成的网格质量较好,适合于复杂区域分块求解。     

阶梯式Timoshenko梁自由振动的DCE解

本文基于微分容积法和区域叠加技术提出了微分容积单元法（Differential Cubature Element method，以下简称DCE方法），并用之求解阶梯式变截面Timoshenko梁的自由振动问题。根据梁的变截面情况将其划分为几个单元，在每个单元内应用微分容积法将梁的控制微分方程和边界约束方程离散成为一组关于该单元内配点位移的线性代数方程组，将这些方程组写在一起并在各单元之间应用连续性条件和平衡条件得到一组关于整个域内各点位移的齐次线性代数方程组，这是一广义特征值问题，由子空间迭代法求解该特征问题便可求得系统的自振动频率。数值算例表明，本方法能稳定收敛、并有较高的数值精度和计算效率。     

数值流形方法的粘性边界问题初探

在实际工程数值流形方法分析中,采用固定约束边界的方法处理无限域或者半无限域的情况,边界处应力波的反射造成模拟结果与实际情况不符.本文基于Lysmer等人提出的粘性边界理论,在边界上设置阻尼器,推导相应粘性边界条件下流形单元刚度矩阵的数值计算格式,经岩石长条中弹性波传播算例,并与有限元结果对比,验证了该粘性边界的有效性,有利于数值流形方法的工程中推广应用.     

Finite element method for generalized piezothermoelastic problems

This paper is concerned with the generalized piezothermoelastic problems using finite element method (FEM). The governing equations are solved directly in time-domain to minimize precision losses caused during Laplace transformation. The results reveal that the heat wave propagating in medium at a finite speed can be described. Breakdown of a linear temperature drop at the heat wave front which cannot be described by Fourier’s law is observed. Furthermore, the high concentration of stress and electric intensity at the heat wave front due to the high temperature gradient has been newly found.     

轴对称热冲击SIF过渡过程分析的热权函数法

热权函数法利用温度与热权函数的乘积的积分来直接计算热冲击过程中裂纹尖端的应力强度因子过渡过程。热权函数与时间τ无关,由于免除了对每一时刻τ所需作的有限元或边界元分析,计算过程大大简化,计算效率得到极大提高,本文将热权函数与有限元法直接耦合,给出了基于刚度阵导数法的轴对称问题的热权函数计算格式,实例计算表明,本文给出的热权函数计算格式具有满意的计算精度。     

Coupling between finite element method and material point method for problems with extreme deformation

As a Lagrangian meshless method, the material point method (MPM) is suitable for dynamic problems with extreme deformation, but its efficiency and accuracy are not as good as that of the finite element method (FEM) for small deformation problems. Therefore, an algorithm for the coupling of FEM and MPM is proposed to take advantages of both methods. Furthermore, a conversion scheme of elements to particles is developed. Hence, the material domain is firstly discretized by finite elements, and then the distorted elements are automatically converted into MPM particles to avoid element entanglement. The interaction between finite elements and MPM particles is implemented based on the background grid in MPM framework. Numerical results are in good agreement with experimental data and the efficiency of this method is higher than that of both FEM and MPM.     

分区界面元-有限元-无限元混合模型

利用界面元良好的相容性,引入过渡界面元的概念．实现了界面元与有限元二种数值计算方法的结合,并提出了一种界面元-有限元-无限元混合模型。这种混合模型既可以发挥界面元计算精度高、适用于不连续变形等优点．又能够充分利用有限元的计算效率和无限元方便处理无限域介质的特点,较为和谐地解决了计算精度和计算效率的矛盾。数值算例表明,本文所建立的混合模型的有效性,揭示此类混合模型具有广阔的工程应用前景。     

Fast precise integration method for hyperbolic heat conduction problems

A fast precise integration method is developed for the time integral of the hyperbolic heat conduction problem. The wave nature of heat transfer is used to analyze the structure of the matrix exponential, leading to the fact that the matrix exponential is sparse. The presented method employs the sparsity of the matrix exponential to improve the original precise integration method. The merits are that the proposed method is suit- able for large hyperbolic heat equations and inherits the accuracy of the original version and the good computational efficiency, which are verified by two numerical examples.     

RESEARCH DEVELOPMENTS OF SMOOTHED PARTICLE HYDRODYNAMICS METHOD AND ITS COUPLING WITH FINITE ELEMENT METHOD

拉格朗日型的有限元法和光滑粒子法在模拟材料大变形问题时各存优缺点, 而有限元与光滑粒子耦合算法实现了在小变形区域采用有限元法计算, 在局部的大变形区域采用光滑粒子法计算, 有效地综合了有限元法计算效率高和光滑粒子法能够自然地模拟材料大变形问题的特点.重点论述了有限元法、光滑粒子法以及有限元与光滑粒子耦合算法的研究现状及应用进展, 并讨论了各方法中需要进一步解决的问题.最后通过算例对3种方法的计算精度和计算效率进行了分析, 供研究人员参考.     

A comparison of boundary element and finite element methods for modeling axisymmetric polymeric drop deformation

A modified boundary element method (BEM) and the DEVSS‐G finite element method (FEM) are applied to model the deformation of a polymeric drop suspended in another fluid subjected to start‐up uniaxial extensional flow. The effects of viscoelasticity, via the Oldroyd‐B differential model, are considered for the drop phase using both FEM and BEM and for both the drop and matrix phases using FEM. Where possible, results are compared with the linear deformation theory. Consistent predictions are obtained among the BEM, FEM, and linear theory for purely Newtonian systems and between FEM and linear theory for fully viscoelastic systems. FEM and BEM predictions for viscoelastic drops in a Newtonian matrix agree very well at short times but differ at longer times, with worst agreement occurring as critical flow strength is approached. This suggests that the dominant computational advantages held by the BEM over the FEM for this and similar problems may diminish or even disappear when the issue of accuracy is appropriately considered. Fully viscoelastic problems, which are only feasible using the FEM formulation, shed new insight on the role of viscoelasticity of the matrix fluid in drop deformation. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

管道流固耦合振动的行波方法研究

应用波动方法分析载流管道流固耦合振动问题。采用直梁模型，推导了管道流固耦合系统的轴向、横向波导方程及平面管系的坐标转换矩阵，通过节点位移连续和力平衡条件建立了耦合系统的散射模型。最终分析了两种耦合对载流管道振动的影响机理及流速变化对管道振动稳定性的影响。数值算例表明本文方法的正确性及有效性。     

大规模有限元系统的GPU加速计算研究

研究了GPU(Graphics Processing Units)计算应用于有限元方法中的总刚计算和组装、稀疏矩阵与向量乘积运算、线性方程组求解问题,并基于CUDA(Compute Unified Device Architecture)平台利用GTX295GPU进行程序实现和测试。系统总刚采用CSR(Compressed Sparse Row)压缩格式存放于GPU显存中,用单元染色方法实现总刚并行计算组装,用共轭梯度迭代法求解大规模线性方程组。对300万自由度以内的空间桁架和平面问题算例,GPU有限元计算分别获得最高9.5倍和6.5倍的计算加速比,并且加速比随系统自由度的增加而近似线性增加,GFLOP/s峰值也有近10倍的增加。