具有大量椭圆颗粒/孔洞随机分布区域的计算机模拟及其改进三角形自动网格生成算法

针对颗粒／孔洞为椭圆形状并且呈随机分布的多相复合材料给出了一种计算机模拟方法,同时针对这样复杂的二维区域提供了一个改进的快速自动三角形网格剖分算法。最后用实例说明了算法的有效性。此算法可以推广到三维情形、裂纹材料等。     

面向复杂几何模型的并行四面体网格生成方法

面向大规模工程计算等数值模拟领域,提出了一种支持复杂几何模型的大规模四面体网格并行生成方法。该方法以复杂几何模型作为输入,首先采用串行网格生成方法生成初始四面体网格,然后通过两级区域分解方法将初始网格分解为多个子网格并分配到相应的进程中,进程间并行地提取出子网格的表面网格,并基于几何模型对面网格进行贴体加密,最后对加密后的面网格采用Delaunay方法重新生成四面体网格,该方法可以更好地适应高性能计算机体系结构,较好地克服了并行方法中并行性能和网格质量不能兼顾的问题。对三峡大坝模型进行测试和验证,证明该方法具有良好的并行效率和可扩展性,可以在数万处理器核上并行生成数十亿高质量四面体网格。     

三维域四面体网格生成的推进网阵方法和网格光顺

本文讨论了应用推进网阵方法在任意形状三维块体内的四面体元网格的生成过程，建成了这个过程中一个典型四面体元生成的一般方案，提出了一个简便的在三维非平面表面域上三角形网格的广义Ｌａｐｌａｃｉａｎ光顺方案和一个块体域内四面体元网格的光顺方案，给出的一些图形结果表明了所提出的网格生成器及其程序的功能和质量。本文工作已作为前处理机在英国有限元分析软件公司ＦＥＡＬｔｄresume     

三维域四面体网格生成的推进网阵方法和网格光顺

本文讨论了应用推进网阵方法在任意形状三维块体内的四面体元网格的生成过程，建议了这个过程中一个典型四面体元生成的一般方案，提出了一个简便的在三维非平面表面域上三角形网格的广义Ｌａｐｌａｃｉａｎ光顺方案和一个块体域内四面体元网格的光顺方案，给出的一些图形结果表明了所提出的网格生成器及其程序的功能和质量。本文工作已作为前处理机在英国有限元分析软件公司ＦＥＡＬｔｄ的通用有限元程序ＬＵＳＡＳ中实现。     

任意多面体边界一致四面体网格生成方法

提出一种能够满足多面体边界几何与拓扑约束的边界一致恢复算法,解决了任意多面体的边界一致四面体网格生成问题。在恢复多面体的几何约束时,边界上可能会引入Steiner点,这样就不满足拓扑约束。对此,本文采用动态规划方法将Steiner点从边界上消除,修复与其相关四面体单元的拓扑关系,以保持原多面体边界的拓扑完整性,并采用扩展的Laplacian光顺算法优化劣质单元。在理论上,本文算法能够保证完整地恢复任意多面体的边界。算例表明,本文提出的边界一致恢复算法鲁棒性高,可应用于复杂多面体模型。     

具有大量椭圆随机分布区域的数值模拟及应用

利用椭圆的参数方程,首先给出平面上的点位于椭圆内部与外部的判别条件,再把计算点到椭圆距离问题,化为一个求最值问题,使得可以用搜索法较快地得到有效的近似解,从而得到一个新的产生具有大量椭圆随机分布区域的方法,基本思想是：（1） 对于模拟区域内随机生成的点,先判断该点是否在所有已生成椭圆的外部,若是,计算它与所有已生成椭圆边界的距离;（2） 如果所求的距离大于或等于欲生成的椭圆的长半轴,则以该点为中心,生成一个新的椭圆。这样,不必用一个多边形覆盖来判别椭圆之间是否相交或重叠,可以使生成的椭圆与椭圆之间的距离更小一些（甚至可以是零）,从而提高了模拟区域中椭圆的密度。试验表明,针对混凝土,可以在比较短的时间内,按3级配生成骨料含量可高达70%以上的模拟试件,按2级配生成骨料含量可高达60%以上的模拟试件。对所生成的混凝土试件,做了简单的加载力学实验。计算结果表明,该方法生成的模型能够满足力学分析的需要;进一步,基于椭圆随机分布区域,使用椭圆作为覆盖,建立了高含量的参数化不规则骨料模型试件。     

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。     

任意多连通域网格自动生成算法及其应用

给出了一种任意平面域内三角形网格自动生成的算法，本算法是根据下面两个事实而设计出来的：１、任意平面多连通域总可以剖分成若干个三角形单元。２、平面域内的活节点数目随着单元剖分总会趋近于零。文中还介绍了几种网格性能改善的方法，整个程序结构紧凑，需要人工输入的数据量少，生成的网格质量较高，而且处稳定性能好。     

适应复杂外形的三维粘性混合网格生成算法

提出一类适应复杂外形的粘性混合网格生成算法。表面网格由前沿推进三角形曲面网格程序获得,边界层布置各向异性的三棱柱体网格,远物面区域采用Delaunay方法生成四面体网格。针对模型的复杂几何特征,综合采用了各种网格处理技术,以保证边界层网格的质量,并避免算法失效问题。网格实例及计算结果表明了本文算法的实用性及和效性。     

任意平面区域三角形网格的全自动生成算法

本文基于波前法提出了一种对任意平面区域生成三角形网格自动生成算法。算法具有区域适应性强,边界网格质量高,自动化程度高的优点。算法还包括了网格的拓扑优化,光滑及加密处理。此外,初边值条件的自动给定大大减少了数值计算中数据输入和避免了边界搜索计算。大量算例显示了算法的可靠性和适用性。     

A parallel implicit domain decomposition algorithm for the large eddy simulation of incompressible turbulent flows on 3D unstructured meshes

We present a parallel fully implicit algorithm for the large eddy simulation (LES) of incompressible turbulent flows on unstructured meshes in three dimensions. The LES governing equations are discretized by a stabilized Galerkin finite element method in space and an implicit second-order backward differentiation scheme in time. To efficiently solve the resulting large nonlinear systems, we present a highly parallel Newton-Krylov-Schwarz algorithm based on domain decomposition techniques. Analytic Jacobian is applied in order to obtain the best achievable performance. Two benchmark problems of lid-driven cavity and flow passing a square cylinder are employed to validate the proposed algorithm. We then apply the algorithm to the LES of turbulent flows passing a full-size high-speed train with realistic geometry and operating conditions. The numerical results show that the algorithm is both accurate and efficient and exhibits a good scalability and parallel efficiency with tens of millions of degrees of freedom on a computer with up to 4096 processors. To understand the numerical behavior of the proposed fully implicit scheme, we study several important issues, including the choices of linear solvers, the overlapping size of the subdomains, and, especially, the accuracy of the Jacobian matrix. The results show that an exact Jacobian is necessary for the efficiency and the robustness of the proposed LES solver.     

Numerical simulation of 2D lid‐driven cavity flow with CLEARER algorithm on extremely highly skewed grids at high Reynolds numbers

It is crucial to deal with the grid non‐orthogonality effectively in solving the flow in complex geometries, especially at high Reynolds numbers. In this study, the newly proposed Coupled and Linked Equations Algorithm Revised‐ER (CLEARER) algorithm is adopted to solve this problem successfully. In CLEARER algorithm the second relaxation factor is introduced in constructing the contravariant interface velocities, by setting it to a low value. CLEARER algorithm can overcome the severe grid non‐orthogonality and non‐linearity of equations effectively. After the numerical results with CLEARER are validated with the benchmark solutions, this algorithm is used to solve the lid‐driven flow in inclined cavity with inclination angles varying from 10 to 170^°, and Reynolds numbers varying from 5000 to 15 000. The streamlines and the centerline velocity distributions are provided in detail for all cases, which may offer some guidance for the study in this area. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.