使用时间插值的特征线法在光滑粒子法拉氏边界条件中的应用

在计算流体动力学的实际应用中无反射边界条件是一个重要的研究课题. 文中应用时间插值的特征线方法构造了一种新式的拉氏边界条件,并应用在光滑粒子法中. 该方法与使用特征线方法的欧拉边界条件方法相比,不需要区分超声速和亚声速流的不同,并且在入流和出流中具有相同的形式,因而更加简便易行. 数值结果表明,采用时间插值特征线法的拉氏边界条件方法在稀疏波、激波以及爆轰波的模拟中都能够得到较好的无反射效果.      

数字图像相关技术中插值偏差的理论估计

数字图像相关测量的普及提出了建立散斑质量评价体系要求,即发展针对不同的数字散斑图能够评估测量精度的标准方法.其中,数字图像相关计算中插值误差引起亚像素位移系统偏差(插值偏差)的估计是评价散斑质量的重要参数,然而至今插值偏差与散斑图结构及其插值方法之间的深层机制仍然不明,而且缺乏快速有效的手段估计插值偏差的量级.基于傅里叶方法获得了插值偏差的解析表达式.在满足采样定理的情况下,对其简化得到了插值偏差的带限近似形式和正弦近似形式.插值偏差的正弦近似形式解释了插值偏差随亚像素平移呈正弦形式变化的现象.基于插值偏差的正弦近似公式,提出了决定插值算法用于相关匹配优劣的插值偏差核概念,它表征了插值算法对散斑图特定频率的偏差响应,插值偏差是由插值偏差核与图像功率谱乘积的积分决定的.基于理论分析,提出了一种通过散斑频谱和插值偏差核估计插值偏差的简便有效算法,较之于传统的散斑图平移方法有明显的速度优势.分析了模板大小对估计精度的影响,并通过模拟进行了验证.解释了插值偏差产生的深层机理,解决了长久以来插值偏差难以快速估计的问题.不仅可以用于插值偏差估计,也可以用于插值算法优化,滤波模板选取等问题.对建立散斑质量评价体系,从而制作方便用户的水转印标准散斑也有推动作用.      

数字图像相关方法的准确度与速度增强

数字图像相关方法已经成为近几年来最为广泛使用的实验力学方法之一.本文从算法的角度提出了增强该方法准确度与速度的几个技术.由于插值算法在数字图像相关方法测量中扮演着重要的角色,文中采用了几种基于B样条表示的递归插值算法来提高数字图像相关方法的分析准确度与计算速度.在实践中,三维的测量在许多数字图像相关方法的应用中成为主导...     

应用广义哈氏原理重看Newmark与其它时间递推公式

本文在应用笔者在文献[7]中提出的给定时端动量情形的弹性动力学广义哈氏原理在空间域离散后,并记入阻尼力虚功的矩阵形式(?)给出了推导时间递推公式的一般方法。这个方法与文献[1]的方法——加权余量法相对应,是建立时间递推公式的另一个一般途径。叙述了基本原理之后,作为三点递推法的例子,导出了最一般形式的 Newmark 公式。文中指出:一般形式的 Newmark 公式是在对时间 t 三点插值下,基于上面广义哈氏合理导出的三个平衡条件在时端动量条件独立满足时特定形式的综合结果;分析了各平衡条件对公式稳定性及精度的影响,得出了一些有用的结论。     

海底隧道涌水量与覆岩厚度关系研究

对半无限空间水文地质模型,分别采用经验解析法和数值模拟法计算海底隧道涌水量,分析海底隧道涌水量与覆岩厚度的关系. 并根据日本最小涌水量法,对上述计算结果进行插值,求出不同海水深度所对应的最小覆岩厚度. 最后,拟合出海水深度与最小覆岩厚度关系的直线公式.     

流变简单材料力学性能主曲线的构建新方法

提出一种新的构建流变简单材料力学性能主曲线的移位方法,该方法以移位曲线与参考曲线围成的交叠区域的“面积”为判定要素,推导出移位因子的计算公式. 公式形式简单、易于计算;公式所涉及的参量均来自实验数据自身,不用进行插值即可求得移位因子, 且得到的移位因子具有唯一性,避免了手动移位主观判断的不确定性及数值移位方法因拟合带来的误差问题. 由于推导过程是一种数学计算的过程,因此,只要材料满足流变简单性,则该移位公式均能适用. 此外,在构建主曲线时,首次考虑了含有明显峰值的实验曲线的移位情况,使所提出的方法具有更强的适用性. 最后,以构建炭黑填充橡胶的动态力学性能主曲线的实例验证了该方法的有效性.     

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结合流动条件插值和分裂算法的优点,提出了黏性不可压流体基于流动条件插值的分裂 算法(FCBIS),构造了相应的平面三角形单元,推导了相应的有限元公式,并编制了计算程序. 数值算例表明所构造的单元有效、准确.     

基于插值与点映射相结合的全局分析方法

利用插值的基本思想并结合点映射，提出了一种插值与点映射相结合的全局分析。通过吸引子之间的比较，判断相胞的顶点是否在同一吸引子的吸引域之内，从而识别出边界胞与非边界胞，并重点对边界胞进行处理，进而确定出相胞内各个相点的初值特性。通过比较与分析，本算法可以克服插值胞映射所存在的不足，算法简单且容易在计算机上实现。文中分析了算法产生误差的原因，给出了相应的处理方法。     

均质几何体转动惯量计算的一种方法

借助于几何插值关系和插值函数积分的公式,给出了均质三角形几何体转动惯量计算的一般表达式,根据转动惯量的定义可利用上述方法求得任意直边几何体对任意轴转动惯量的精确解。     

黏性不可压流体的一种FCBIS三角形单元

结合流动条件插值和分裂算法的优点,提出了黏性不可压流体基于流动条件插值的分裂算法(FCBIS),构造了相应的平面三角形单元,推导了相应的有限元公式,并编制了计算程序.数值算例表明所构造的单元有效、准确.     

非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合的混合元法

提出了一个非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元 方法. 固相位移、应变和净应力；孔隙水和气的压力、压力空间梯度和Darcy速度；多相混 合介质的温度、温度空间梯度和热流量在单元内均为独立变量分别插值. 基于胡海 昌-Washizu 三变量广义变分原理给出的多孔介质中热-渗流-力学耦合问题控制方程的单元弱形式，导 出了单元公式. 采用共旋公式进行几何非线性分析. 数值结果证明了所提出的单元模拟以 应变局部化为特征的渐进破坏的能力     

变截面圆柱体扭转问题和Saint-Venant扭转问题的一种新解法 (Ⅰ)变截面圆柱体扭转问题

根据应力线分布的几何性质,本文提出了一个解任意边界形状变截面圆柱体扭转问题的简单方法.利用文中导出的应力函数公式与已知的边界条件,通过图解迭代逼近,可以调整坐标线之一的几何形状,使其由初始假设与应力线形状相合实则偏离的状态逐渐变化过渡到互相重合,从而可依应力公式确定出应力解. 文中直接求得了截顶圆锥体、非完全薄壳球体和迴转椭球体扭转问题的准确解,它们与已知准确解相同~[1].文中还对一个半圆凹槽圆柱体的扭转进行了计算,并与文献[2]—[4]进行了比较,结果表明本文解法的准确度甚佳.     

多边形有限元研究进展

有限元法是数值求解偏微分方程边值问题的重要方法,采用不规则多边形单元网格, 可以方便有效地模拟材料的力学性能, 又使得区域网格剖分变得灵活方便. 特别是对于复杂的几何形状, 多边形单元网格具有更大的优势. 本文对国内外有关多边形有限元法的最新进展作了初步的总结和评述, 主要以基于位移法的多边形有限元为主.论述了多边形有限元的发展历史, 给出了多边形单元上的Wachspress插值、Laplace插值和重心坐标的一些最新研究成果. 与经典有限元法形函数为多项式形式不同, 多边形单元的形函数为有理函数或者无理函数形式. 多边形单元插值形函数满足线性完备性, 可以再现线性位移场, 像经典有限元法一样直接施加本质边界条件; 插值函数在多边形的边界上是线性的,确保不同单元间的自动协调. 不同单元的插值形函数表达公式形式统一, 方便混合单元网格计算的程序编写. 提出了多边形有限元法今后需要研究的问题.      

带弹簧支撑超静定结构位移的简化计算方法

针对带有弹性支撑的超静定结构的位移计算问题, 对利用虚功原理得到的位移计 算一般公式进行了进一步推导, 提出了该类结构位移的简化计算方法. 文中计算公式表达形 式简洁, 且与一般刚性支撑超静定结构的位移计算方法一致. 通过与有限元分析结果的对比, 证明了该公式的正确性.     

弹塑性屈曲问题的一种新的分析方法

本文利用内时本构模型提出了分析计算弹塑性压杆屈曲问题的一种新方法,建立了适应于整个长细比范围内的稳定屈曲统一公式.文中方法适应性强,分析计算过程明了.对铅合金柱的分析计算表明,利用文中分析方法可以得到有效合理的较为精确的屈曲结果.     

非协调和杂交有限元的理论和应用——纪念恩师吴长春教授

本纪念文介绍了吴长春教授在计算力学领域的主要学术贡献, 重点介绍了他在非协调和杂交有限元的理论和应用方面的开创性工作, 他发展的构造非协调插值函数的一般公式以及杂交应力元优化方法至今仍是发展高性能有限元的重要工具, 经常被同行引用.      

C1连续型广义有限元格式

C$^{1}$连续,即一阶导数连续.C$^{1}$连续型插值格式具有同时适用于离散PDE的弱形式与强形式的优点--即一种插值格式可以在使用PDE弱形式还是强形式之间做出选择,从而构造出更加高效的数值方法.由于单位分解广义有限元方法 (PUFEM, Babu${\check{ s}}$ka andMelenk(1997)),允许用户根据局部解的特征自定义任意高阶局部近似,具有精度高、程序实现与传统有限元相容性好的特点而受到广泛关注.但是,其总体近似函数的光滑性是由其所采用的单位分解函数--一般为标准有限元形函数--的光滑性所决定,因此多为C$^{0}$连续.如何在C$^{0}$连续标准有限元形函数的基础上,构造出满足C$^{1}$连续的总体近似函数,是一个仍未解决的问题.本文在作者前期研究的无额外自由度的单位分解插值格式的基础上,仅基于C$^{0}$标准有限元形函数,构造出至少C$^{1}$连续的无额外自由度单位分解格式.针对Poisson方程,讨论了该格式对PDE弱形式与强形式的离散.测试结果表明,方法可以同时用于弱形式与强形式的数值求解,而且可以在不改变网格和自由度数的前提下,获得高阶收敛.使用该插值格式的条件是:网格须是直角坐标网格(不要求均匀).该插值格式可以同时用于流体力学问题和使用欧拉背景网格求解动量方程的固体力学方法,如材料物质点法(materialpoint method).对于强形式的欧拉网格求解,该插值格式与"差分"不同之处在于,它具有有限元一样的在任意点处进行"插值"的特点.对于弱形式的积分求解,由于该插值格式具有导数连续性,可以允许积分网格独立于插值网格.这一特点将使得弱形式的数值积分的实施更加灵活方便.      

捷联惯导系统圆锥补偿算法优化设计

高速、高速度的圆锥偿补算法是提高捷联惯性导航系统（ＳＩＮＳ）性能的重要环节。本文对Ｃｈａｎ Ｇｏｏｋ Ｐａｒｋ等提出的新圆锥补偿方法进行了进一步的研究。文中给出了经典圆锥运动的角速度模型,推导出了经典圆锥运动的角增量公式、角增量叉乘公式、圆锥补偿系数方程和误差公式,并将该方法拓展至利用前一圆锥补偿周期角增量和的圆锥补偿算法。     

用Voronoi图进行新型自然邻居插值的几何学方法与特性

新的基于Voronoi图的Natural Neighbour插值是自然单元法的数学基础，也是一种新型的几何插值方法，具有与其他传统常用插值不同的构造方法，并表现出一定的优越性。本文介绍了基于Natural Noighbour关系的Sibson插值和non-Sibsonian插值，并与有限元法和无单元法所用的插值方法，就离散插值方案和网格总体特性、形函数支撑域、本征边界条件、空间维数扩展与计算工作量等诸问题进行了比较分析。     

自然单元法研究进展

自然单元法是一种基于Voronoi图和Delaunay三角化几何结构,以自然邻点插值为试函数的一种新型数值方法.其既具有无网格方法和经典有限元方法的优点,又克服了两者的一些缺陷,是一种发展前景广阔的求解微分方程的数值方法.自然单元法的形函数满足插值性质,可以像有限元法一样直接施加本质边界条件,不存在基于移动最小二乘拟合的无网格方法不能直接施加本质边界条件的难题.由于自然单元法是无网格方法,可以方便处理有限元方法较难处理的一些问题,例如移动边界和大变形等问题.自然单元法与其他数值方法的最根本区别于其插值格式的不同.将自然邻点插值用于Galerkin过程,就得到基于Voronoi结构的自然单元Galerkin法.自然邻点插值有自然邻点Sibson插值和Laplace插值(非Sibson插值)两种.Laplace插值比Sibson插值在计算上要简单的多,并且不论对凸的或非凸的区域都能精确施加本质边界条件.以Laplace插值为试函数的自然单元法在数值实施上比以Sibson插值为试函数的自然单元法简单.本文对基于Voronoi结构的自然邻点插值和自然单元法的基本思想作了介绍,综述了国内外关于自然单元法的研究成果,总结了自然单元法的优点和尚需解决的问题.