A non‐iterative implicit algorithm for the solution of advection–diffusion equation on a sphere

A numerical algorithm for the solution of advection–diffusion equation on the surface of a sphere is suggested. The velocity field on a sphere is assumed to be known and non‐divergent. The discretization of advection–diffusion equation in space is carried out with the help of the finite volume method, and the Gauss theorem is applied to each grid cell. For the discretization in time, the symmetrized double‐cycle componentwise splitting method and the Crank–Nicolson scheme are used. The numerical scheme is of second order approximation in space and time, correctly describes the balance of mass of substance in the forced and dissipative discrete system and is unconditionally stable. In the absence of external forcing and dissipation, the total mass and L₂‐norm of solution of discrete system is conserved in time. The one‐dimensional periodic problems arising at splitting in the longitudinal direction are solved with Sherman–Morrison's formula and Thomas's algorithm. The one‐dimensional problems arising at splitting in the latitudinal direction are solved by the bordering method that requires a prior determination of the solution at the poles. The resulting linear systems have tridiagonal matrices and are solved by Thomas's algorithm. The suggested method is direct (without iterations) and rapid in realization. It can also be applied to linear and nonlinear diffusion problems, some elliptic problems and adjoint advection–diffusion problems on a sphere. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Solving the Stress Problem for a Finite Cylinder by the Schwarz Method with Hybrid Approximations

An axisymmetric elastic problem is solved by a heterogeneous numerical scheme of the alternating Schwarz method based on the finite- and boundary-element methods. The Schwarz method and the modified scheme are compared. A relaxation parameter is used to accelerate the iterative process     

自由单元法及其在结构分析中的应用

通过吸收有限元与无网格法的优点,提出了一种新的数值方法------自由单元法.此方法在离散方面,采用有限元法中的等参单元,表征几何形状和进行物理量的插值;在算法方面,采用单元配点技术,逐点产生系统方程.主要特点是,在每个配置点只需要一个和周围自由选择的节点而形成的一个独立的等参单元,因而不需要考虑物理量在单元之间的相互连接关系与导数连续性问题. 本文介绍强形式与弱形式两种自由单元法,前者直接由控制方程和边界条件直接产生系统方程,后者通过在自由单元上建立控制方程的加权余量式产生弱形式积分式,并通过像传统有限元法中的积分过程建立系统方程组.本文提出的方法是一种单元配点法,对于域内点为了获得较高的导数精度,需要采用至少具有一个内部点的等参单元,为此除了可使用各阶次的拉格朗日四边形单元外, 还 给出了七节点三角形等参单元,用于模拟较为复杂的几何形状问题.      

Preconditioned Iterative Methods for Linear Equations Arising from the Boundary Element Method

A precondition for the Gauss–Seidel iterative method to solve a linear system of equations arising from the boundary element method for the Laplace and convective diffusion with first-order reaction problems is presented in this paper. The present precondition is based on the elementary matrix operation. We discuss the effect of the precondition in comparison with the Gauss elimination (GE) method in some numerical experiments.     

无网格MPM法三维前处理系统设计

无网格法在解决爆炸冲击、裂纹扩展、高速碰撞以及大变形等问题时,由于与网格无关,能够避免有限元法因网格畸变计算精度降低或计算终止的矛盾,是目前求解固体力学问题的有效方法之一,也是近年来研究的热点。前处理对于无网格法数值计算是非常重要的环节,基于面向对象程序设计思想,应用C 和OpenGL开发了三维图形交互方式的MPM法前处理系统,提出了应用递归四叉树法、扫描表示法和CSG法划分任意形状非等间距的MPM法质点单元,为建立通用的无网格前处理平台提出了有效的解决方案。     

A new modification of false position method based on homotopy analysis method

A new modification of false position method for solving nonlinear equations is presented by applying homotopy analysis method （HAM）. Some numerical illustrations are given to show the efficiency of algorithm.     

参数多项式方法的扩展——参数分布形状特征式法

在深入分析参数多项式方法数学原理的基础上，提出了参数分布形状特征式法。根据流动问题的物理本质及大量试验数据，总结出参数分布的形状特征式，将其代入流动基本方程，就可以快速而准确地求解流场。它是参数多项式方法的一种扩展，具有重要的应用前景。     

基于核重构思想的配点型无网格方法的研究--一维问题

无网格方法按其离散原理可分为Galerkin型、配点型等。其中Galerkin型无网格方法的实施需要背景网格，不属于真正的无网格法；配点型无网格方法的实施不需要背景网格，是真正的无网格法。本文首先介绍了重构核点法的基本原理，然后基于核重构思想，与配点法相结合，以一维问题为例，研究了配点型无网格方法，对该方法构造过程中的近似函数及其导数的计算、修正函数的计算及方法的实现等问题进行了探讨。并结合若干典型算例，检验了其计算精度与收敛姓。     

无单元Galerkin法和边界元耦合法

无网格方法与有限元法或边界元法耦合是无网格方法处理边界条件的方法之一,在无网格方法中研究无网格方法与有限元法或边界元法耦合的研究显得非常重要.本文在无单元Galerkin法和边界元法的基础上,基于无单元Galerkin法子域和边界元法子域的界面上位移连续和面力平衡条件,提出了一种新的无单元Galerkin法和边界元法的直接耦合方法,对弹性力学问题详细推导了在整个求解域上的耦合公式.与以往的耦合法相比,这种方法简单直观,不需要增加新的耦合区域,也不需要建立新的逼近函数来保证界面位移的连续性.算例结果表明,该方法具有较好的计算精度.     

离散元数值模拟中查找邻居元关系的改进算法

离散元方法是近年发展起来的有前途的新概念数值模拟方法,然而查找邻居元关系耗费大量机时和内存。本文引入一种改进算法-“区域法”,并对其原理、算法、运行时间和空间进行了分析。和原算法中的“窗口法”的比较结果表明,新算法在运行时间和空间方面均明显优于原算法。     

结构分析的样条函数方法

本文介绍了近几年来结构分析中的各种样条函数方法及其在工程中的应用,以及样条函数方法研究的新动态和笔者的最近研究成果。     

粒子法中自由表面粒子识别

针对移动粒子半隐式法MPS（Moving Particle Semi-implicit Method）基于粒子数密度来判断自由表面会出现将内部粒子误判为自由表面粒子的问题,提出了一种结合几何法和体积法的自由表面粒子判定方法。通过对溃坝问题进行数值模拟,结果表明,全新的自由表面粒子判定方法对流体平稳运动以及剧烈运动两种工况,都能准确地判断出自由表面粒子,解决了基于粒子数密度判断方法因粒子分布稀疏产生误判的问题。[JP2]这种全新的自由表面粒子判定方法对今后采用MPS方法计算两相流问题时,两种介质在界面处的传热传质计算有重要意义。     

准连续体方法研究进展

准连续体方法是一种将连续介质方法和原子模拟相耦合的多尺度模拟方法。该方法巧妙地将分子静力学与有限元法相结合，在变形梯度较小的规则区域采用代表性原子作为计算点，以此为节点形成有限元网格，其周围其他原子的位置通过插值得到。代表性原子的引入，使系统原子势能的计算大大简化。自适应手段的应用，保证了材料缺陷核心附近原子尺度的细节描述。与其他纳米力学计算方法相比，准连续体方法具有计算精度高，计算规模大等优点。本文主要介绍了准连续体方法的基本原理及发展状况，归纳并总结了这一些优点及今后的发展方向。     

Transient Analysis of Rubber Extrusion by the Finite Element Method

Time-dependent analysis of rubber flow from a capillary rheometer is analyzed by the finite element method, in which both marker-particle and pseudo-concentration methods are used to define extruding rubber positions. The rubbers are assumed to be represented by a power-law fluid. The extruded free surface obtained by the marker-particle method is compared with the one produced by the pseudo-concentration method.     

基于变形场不同离散方法的柔性机器人动力学建模与仿真

研究了基于变形场不同离散方法的柔性机器人动力学建模和仿真问题. 针对多杆空间链式柔性机器人系统,采用假设模态法、有限元法、Bezier 插值方法和B 样条插值方法对柔性杆变形场进行描述,构造统一形式,运用Lagrange 方法,结合4×4 齐次变换矩阵,在计入柔性杆横向弯曲变形引起的纵向缩短的情况下,推导得到多杆空间柔性机器人动力学方程,并编制基于4 种变形场不同离散方法的多杆空间链式柔性机器人仿真软件.通过仿真算例对柔性机器人系统的动力学问题进行研究. 仿真结果表明:有限元法的计算效率较低;假设模态法在处理较大变形问题时其精度低于Bezier 插值方法和B 样条插值方法的精度;作为新的变形体离散方法,Bezier 插值方法和B 样条插值方法可以有效地描述柔性杆的变形场,并能运用到多杆空间柔性机器人动力学建模中.      

MESHLESS METHOD OF DUAL RECIPROCITY HYBRID RADIAL BOUNDARY NODE METHOD FOR ELASTICITY

Combining the radial point interpolation method （RPIM）, the dual reciprocity method （DRM） and the hybrid boundary node method （HBNM）, a dual reciprocity hybrid radial boundary node method （DHRBNM） is proposed for linear elasticity. Compared to DHBNM, RPIM is exploited to replace the moving least square （MLS） in DHRBNM, and it gets rid of the deficiency of MLS approximation, in which shape functions lack the delta function property, the boundary condition can not be applied easily and directly and it＇s computational expense is high. Besides, different approximate functions are discussed in DRM to get the interpolation property, in which the accuracy and efficiency for different basis functions are compared. Then RPIM is also applied in DRM to replace the conical function interpolation, which can greatly improve the accuracy of the present method. To demonstrate the effectiveness of the present method, DHBNM is applied for comparison, and some numerical examples of 2-D elasticity problems show that the present method is much more effective than DHBNM.     

拟谱-微分求积混合方法求解一类双曲电报方程

拟谱方法和微分求积法是两类重要的无网格法,二者都已在科学和工程计算中获得了广泛应用。采用拉格朗日插值多项式作为二者的试函数,且采用同一种网格点分布,指出了在空间域上,微分求积法是拟谱方法的一种特殊形式。在此基础上,结合二者各自的特点,提出了拟谱-微分求积混合方法用于求解一类双曲电报方程。理论分析和数值测试表明,新方法在空间域上具有谱精度收敛性,在时间域上是A-稳定的,比较适合于求解多维电报方程。     

预应力混凝土结构的预应力测量技术的探索研究

本文着重叙述了在预应力轨枕模型和拉压双应力桥梁模型上采用环槽法和盲孔法测量模型预应力的方法,以及有关的分析计算结果.     

非均质问题中的无网格边界单元法

介绍了一种不需要内部网格计算非均匀介质问题的边界元算法.该算法是建立在一种能将任何区域积分转换成边界积分的径向积分转换法基础上,首先用对应各向同性问题的基本解来建立以正规化位移表示的非均质问题的积分方程,然后用径向积分转换法将出现在积分方程中的区域积分转换成边界积分,从而形成不需要使用内部网格来计算区域积分的纯边界元算法.与其它无网格法相比,此方法需要很少的内部点,有些问题甚至不需要内部点都能得到满意的结果,因此,可以计算大型的三维非均匀介质工程问题.由于此方法继承了边界元和无网格算法的优点,因而具有广阔的发展前景.     

COMPREHENSIVE MATHEMATICAL MODEL OF MICROCIRCULATORY DYNAMICS(Ⅱ)—ALCULATION AND THE RESULTS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｐａｒｔｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ[1]ｃｏｎｔａｉｎｓｄｏｚｅｎｓｏｆｃｏｕｐｌｅｄｅｑｕａｔｉｏｎｓｔｈａｔｆｏｒｍａｌａｒｇｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｅｑｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ.Ｈｅｒｅｗｅｃｏｍｂｉｎｅａｎａｌｙｔｉｃａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓｔｏｓｏｌｖｅｉｔａｎｄｄｉｓｃｕｓｓａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｏｍｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｍｉｃｒｏｃ…