积分方程的加权残数配点法

对于用积分方程式表示的物理问题,本文应用加权残数的配点法进行求解,使得求解方法简便、可靠、正确。与常规的求解微分方程的加权残数配点法相比较,本方法不需假定任何试函数。文中给出较多的算例,论证了本文提出的积分方程的加权残数配点法的有效性,可靠性和精确性。     

一种与传递矩阵结合的配点法

本文改进和发展了文献(1)、(2)中提出的广义传递子结构法和配点法,提出了一种新的有效的直接求解结构动力学平衡方程的配点法与传递矩阵法相结合的数值计算方法。在此方法中修正的传递矩阵可用于每个短时间增量中的动态反应分析中。进一步提出了广义传递矩阵的新概念,建立能计算任何动荷载作用下结构的动力反应的一般递推公式。文中给出数字实例证明所建议方法是正确的和可行的。     

Burgers方程的小波精细积分算法

求解偏微分方程的常用方法包括有限差分法、有限元法等。近年来,小波分析在偏微分方程数值求解中的应用已引起很多学者的关注,例如采用Daubechies小波或shannon小波构造的小波配置方法已经取得较好的结果。钟万勰院士提出的偏微分方程的子域精细积分方法是一种半解析方法,方法简单,精度高。将小波方法和精细积分方法相结合应用于偏微分方程的数值求解中将有利于提高算法的精度和稳定性,为此本文以Burgers方程为例,提出了一种求解一维非线性抛物型偏微分方程的小波精积分方法。该方法用拟小波配点法对空间域进行离散,建立起对时间的常微分方程组,然后采用精细时程积分方法对该方程组求解。数值计算结果表明,该方法同其它方法相比,具有计算格式简单,数值稳定性和精度较高的优点。     

滑动最小二乘插值函数配点法

给出了利用滑动最小二乘法构造加权残值法中试函数的方法，对试函数中的基函数以及权函数的选取提出了建议；该试函数适用于任何定解问题，采用配点法求出试函数中的系数，进而可得到定解问题的近似解，利用该试函数对简支板的挠曲，悬臂梁的弯曲，以及中心具有小圆孔的大板的均匀拉伸等三个例子进行了数值计算，并与理论结果进行对比，同时还检验了该法的精度对结点数，配点数，以及结点影响半径的依赖情况，结果表明，该试函数适用于多种边值问题，且精度高，该法简化了选择试函数的过程，尤其适用于工程中的各种数值计算。     

弹性力学问题的虚边界元-配点法

本文提出虚边界方法,建立了离散化虚边界元-配点法,给出了离散化求系数的积分解析式。本文方法完全避免了边界奇异积分及其复杂耗时的运算,成功地提高了普通边界元法(以下简称边界元法)中边界附近区域内包括边界上解的精度,保留了边界元法的优点并扬弃了其弱点。边界元间接法是本文方法中的一个特例。数值算例表明,程序可靠,节省机时,计算精度较高。     

基于拉格朗日插值的无网格直接配点法和稳定配点法

由于无网格法中大多数近似函数均为有理式,不具有Kronecker delta性质,因此难以精确地施加本质边界条件.边界误差较大容易导致整个求解域求解结果精度低,甚至引起数值不稳定现象.文章在无网格直接配点法和稳定配点法中引入拉格朗日插值函数作为形函数,构建了拉格朗日插值配点法(LICM)和拉格朗日插值稳定配点法(SLICM).由于拉格朗日插值具有Kronecker delta性质,可以像有限元法一样简单而精确地施加本质边界条件,提高这两种方法的数值求解精度.稳定配点法基于子域对强形式方程进行积分,可以满足高阶积分约束,即可以保证形函数在积分形式下也满足高阶一致性条件,实现精确积分.同时,进行子域积分还可以减少离散矩阵的条件数,从而提高算法的稳定性.进一步提高拉格朗日插值稳定配点法的精度和稳定性.通过数值算例验证这两种方法的精度、收敛性和稳定性,结果表明基于拉格朗日插值的配点法的精度优于基于重构核近似的配点法,拉格朗日插值稳定配点法的精度和稳定性均优于拉格朗日插值配点法.     

求解Helmholtz方程基于核重构思想的最小二乘配点法

基于核重构思想构造近似函数，将配点法和最小二乘原理相结合对微分方程进行离散， 建立了Helmholtz方程的最小二乘配点格式，并分别研究了Helmholtz方程的波传播问题和 边界层问题. 通过数值算例可以发现，给出的数值计算结果非常接近于精确解，计算精度明显高于SPH 法的数值结果，且随着节点数目的增加，其精确度越来越高，具有良好的收敛性.     

一种新的求解对流扩散边值问题的无网格方法

基于配点法和楔形基函数,提出了一种新的求解对流扩散边值问题的无网格方法。通过一维和二维的问题验证了该数值方法的可行性;并根据数值算例和分析,可以看到该数值方法能达到满意的收敛效果。该数值方法的隐格式形式能够有效地消除对流占优问题的数值振荡现象,是一种真正的无网格方法。     

物理信息依赖核函数配点法的研究进展

在过去几十年里, 尽管有限元等传统计算方法已被成功用于众多科学与工程领域, 但是其在数值模拟无限域波传播、大尺寸比结构、工程反演和移动边界问题时仍面临计算量大、计算效率低、网格生成困难等计算难题. 本文介绍一类基于物理信息依赖核函数的无网格配点法及其在上述难点问题中的应用. 物理信息依赖核函数配点法的关键在于构建能反映问题微分控制方程物理信息的基函数. 基于这些物理信息依赖核函数, 该方法无需/仅需少量配点对所求微分控制方程进行离散, 即可有效提高计算效率. 本文首先介绍满足常见齐次微分方程的基本解、调和函数、径向Trefftz函数以及T完备函数等典型物理信息依赖核函数. 接着依次介绍非齐次、非均质、非稳态以及隐式微分方程构造物理信息依赖核函数的方法. 随后, 根据所求问题特点, 选用全域配点或局部配点技术, 建立相应的物理信息依赖核函数配点法. 最后, 通过几个典型算例验证所提物理信息依赖核函数配点法的有效性.      

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划分任何形式的网格,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.     

解两点边值问题的精细循环约化方法

将精细积分技术与循环约化方法相结合,提出两点边值问题的一种高精度、高效率求解方法。将求解域均匀离散,利用相邻两点间的传递关系式建立区段代数方程,将各区段的代数方程集成代数方程组,并利用循环约化方法对其求解。由于离散过程中几乎没有引入离散误差,并且在循环约化过程中采用了大量、小量分离技术,因此本方法具有极高的精度;同时循环约化过程充分利用2N算法的特点,使计算效率高、存储量小。研究结果表明,相对于已有的求解两点边值问题的精细积分法,本文方法适用范围更广,效率更高。例如对两端固支、受均布横向荷载作用下梁的非齐次方程计算,本文方法的精度可达到小数点后十三位,已经非常精确。     

两点边值问题的一种精细求解方法

将求解域均匀离散,由状态参量在相邻结点间的精细积分关系式,确定一组代数方程;并将其写成矩阵形式,代入边界条件后,代数方程组的系数矩阵可化为块三对角形式。针对这一特性,给出了一种高效的递推消元算法。由于没有离散误差,该方法具有较高的精度,不仅适用于任意边界的常规两点边值问题,还适用于奇异摄动边值问题。数值算例充分证明了本文方法的精度和效率。     

A simultaneous space-time wavelet method for nonlinear initial boundary value problems

A high-precision and space-time fully decoupled numerical method is developed for a class of nonlinear initial boundary value problems. It is established based on a proposed Coiflet-based approximation scheme with an adjustable high order for the functions over a bounded interval, which allows the expansion coefficients to be explicitly expressed by the function values at a series of single points. When the solution method is used, the nonlinear initial boundary value problems are first spatially discretized into a series of nonlinear initial value problems by combining the proposed wavelet approximation and the conventional Galerkin method, and a novel high-order step-by-step time integrating approach is then developed for the resulting nonlinear initial value problems with the same function approximation scheme based on the wavelet theory. The solution method is shown to have the N th-order accuracy, as long as the Coiflet with [0, 3 N-1]compact support is adopted, where N can be any positive even number. Typical examples in mechanics are considered to justify the accuracy and efficiency of the method.     

Precise integration method for a class of singular two-point boundary value problems

In this paper we present a precise integration method based on high order multiple perturbation method and reduction method for solving a class of singular twopoint boundary value problems.Firstly,by employing the method of variable coefficient dimensional expanding,the non-homogeneous ordinary differential equations(ODEs) are transformed into homogeneous ODEs.Then the interval is divided evenly,and the transfer matrix in every subinterval is worked out using the high order multiple perturbation method,and a set of algebraic equations is given in the form of matrix by the precise integration relation for each segment,which is worked out by the reduction method.Finally numerical examples are elaboratedd to validate the present method.     

The complex variable boundary element method for solving sandwich plate problems

The objective of this paper is to develop a new complex variable boundary element method for sandwich plates of Reissner's type and Hoff's type. The general solution of Helmhotz equation in complex field is given. Based on the Vekua's complex integral representation of the analytic function, the new boundary integral equations are formulated. The density function in the integral equation is determined directly by boundary element method. Some standard examples are presented, and the results of numerical solutions are accurate everywhere in the plate. The approach presented is only applicable for bounded simply connected regions. The project is supported by the National Science Foundation of China.     

Spline collocation approach to boundary value problems

A well-known Stokes problem is discussed by a cubic spline collocation method. Two consecutive cubic splines are obtained for the problem. The results by this method are compared with those of an orthogonal collocation method. The selection of the length of the subintervals of the range of the boundary value problem is also justified. The results obtained by these two methods are compared with the analytic solution. The methods involve simple algebra, and hence the calculations do not require the help of a computer. Necessary error analysis has been carried out.     

Strong-form framework for solving boundary value problems with geometric nonlinearity

In this paper, we present a strong-form framework for solving the boundary value problems with geometric nonlinearity, in which an incremental theory is developed for the problem based on the Newton-Raphson scheme. Conventionally, the finite element methods (FEMs) or weak-form based meshfree methods have often been adopted to solve geometric nonlinear problems. However, issues, such as the mesh dependency, the numerical integration, and the boundary imposition, make these approaches computationally inefficient. Recently, strong-form collocation methods have been called on to solve the boundary value problems. The feasibility of the collocation method with the nodal discretization such as the radial basis collocation method (RBCM) motivates the present study. Due to the limited application to the nonlinear analysis in a strong form, we formulate the equation of equilibrium, along with the boundary conditions, in an incremental-iterative sense using the RBCM. The efficacy of the proposed framework is numerically demonstrated with the solution of two benchmark problems involving the geometric nonlinearity. Compared with the conventional weak-form formulation, the proposed framework is advantageous as no quadrature rule is needed in constructing the governing equation, and no mesh limitation exists with the deformed geometry in the incremental-iterative process.     

INTERPOLATION PERTURBATION METHOD FOR SOLVING THE BOUNDARY LAYER TYPE PROBLEMS

ＹｕａｎＹｉｗｕ（袁镒吾）（ＲｅｃｅｉｖｅｄＯｃｔ．２，１９９４；ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｅｄｂｙＣｈｉｅｎＷｅｉｚａｎｇ）ＩＮＴＥＲＰＯＬＡＴＩＯＮＰＥＲＴＵＲＢＡＴＩＯＮＭＥＴＨＯＤＦＯＲＳＯＬＶＩＮＧＴＨＥＢＯＵＮＤＡＲＹＬＡＹＥＲＴＹＰＥＰＲＯＢ...     

不规则区域平面弹性问题的正则区域重心插值配点法

将不规则区域嵌入到规则的矩形区域,在矩形区域上将弹性平面问题的控制方程采用重心Lagrange插值离散,得到控制方程矩阵形式的离散表达式。在边界节点上利用重心插值离散边界条件,规则区域采用置换法施加边界条件,不规则区域采用附加法施加边界条件,得到求解平面弹性问题的过约束线性代数方程组,采用最小二乘法进行求解,得到整个规则区域上的位移数值解。利用重心插值计算得到不规则区域内任意节点的位移值,计算精度可到10^-14以上。数值算例验证了所建立方法的有效性和计算精度。