轧制过程的显式动力学有限元模拟

采用显式动力学弹塑性有限元方法对平板轧制问题进行了模拟计算,得出咬入,稳定轧制和抛钢阶段整个轧制过程的应力应变场。通过将板宽对称中心线轧制压力分布的计算结果与实验值进行对比,表明计算结果准确。     

有限元显式算法解大变形冲击响应中的网格稳定性研究

1 引言结构在冲击载荷作用下的瞬态响应问题是许多工程问题提出的,如结构耐撞性、防护工程等.这类问题的数值解法已成为计算结构力学中的一个研究热点,有限元显式算法,     

受冲薄壁结构后屈曲分析的显式有限元法

采用基于随动坐标系的假设应变场壳单元、弹塑性等向强化材料模型、一体化接触搜寻算法、罚参数接触力计算法及显式时间积分格式进行了受冲薄壁结构后屈曲分析。算例表明,该方法简明、直观、快捷、方便。     

三维显式有限元程序及炸药冲击起爆应用

冲击和爆炸数值模拟在军事工程和民用领域都应用广泛。基于显式有限元理论,本文介绍了自主研发的三维冲击和起爆流体动力学程序。该程序的功能包含了材料本构、状态方程、炸药反应速率方程和接触碰撞算法,能够模拟复杂条件下结构冲击和炸药起爆问题。由于采用面向对象的编程方法,程序结构相对简单并且容易修改。首先,进行了Taylor杆碰撞数值模拟,并将计算结果与实验结果以及DYNA2D结果进行了比较;接着,基于Lee-Tarver点火增长模型,模拟了冲击加载下裸炸药和带壳炸药的冲击起爆问题。计算结果表明,三维程序计算结果与实验值和商业软件结果都非常吻合,该程序能够较准确地模拟三维结构的冲击和炸药起爆问题。同时,基于面向对象开发的三维计算程序实现了模块化功能,易于后续开发,为冲击和爆炸计算程序的开发提供了参考。     

金属刚粘塑性变形的能量泛函与动力显式算法有限元分析

设计出刚粘塑性动态变形场的能量泛函，采用罚函数法和Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ乘子法取消对运动容许速度场满足体积不可压缩的约束条件，运用虚功原理和广义变分原理，推导出刚粘塑性变形的动力分析显式算法有限元方程，以及速率形式的中心差分求解的时间积分显式，给出了两个金属变形的算例。     

基于显式有限元方法的两相多孔介质地震反应研究

基于流体饱和两相多孔介质的弹性波动方程组,运用显式逐步积分格式与局部透射人工边界相结合的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,对两相多孔介质在输入地震波作用下的弹性动力反应进行了计算和分析,以揭示两相多孔介质弹性地震反应的规律和性质.计算结果表明:两相介质弹性地震反应时程的波形与入射地震波的波形相同,且弹性地震反应的峰值出现的时刻对应于入射地震波的峰值出现的时刻.本文的数值计算同时表明了时域显式有限元方法在进行两相多孔介质地震反应计算分析时的有效性.     

基于PVM的网络并行有限元面向对象的设计

子结构是有限元并行计算常用的一种方法,本文采用面向对象的方法,首先对子结构进行了面向对象的设计,得到了其类层次结构图;然后针对工作站网络有限元并行计算环境。提出了基于PVM消息传递平台上的Shadow—Mirror数据传输模型,该模型在有限元并行计算数据传输时,充分发挥数据面向对象的特性,采用设置数据缓冲区、短消息合并等方法以缩短数据通信时间,并据此编制了相应的程序。计算结果表明,使用文中提出的面向对象的Shadow—Mirror数据传输模型可以得到较为理想的并行加速比,而且随着问题规模增大,并行加速比增高。本文研究内容为进一步开展基于工作站网络的并行有限元研究提供了一个可参考的基础。     

受冲薄壁结构动力效应的显式有限元分析

提出一种计算受冲薄壁结构动力效应的显式有限元方法,采用退化四节点壳单元及快速可行的接触搜寻法,动用基于Ｐｒａｎｄｔｌ－Ｒｅｕｓｓ塑性流动增量理论的等向强化塑性Ｓｙｍｏｎｄｓ应变率材料模型与合适的应力回映方法,可以准确地模拟受冲薄壁结构的动态过程,文中实例表明：已被广泛采用的Ｒｅｉｄ与Ｒｅｄｄｙ的针对薄壁圆管横向压缩中某些特殊情况而作的变形模式假设并不具有广泛适应性;对应变率敏感材料,应变率效应不仅     

基于CUDA的有限元矩阵并行装配算法研究

构建航天飞行器的结构有限元模型是准确模拟飞行仿真、完成飞行器在轨飞行阶段结构故障监测和诊断的基础。采用细长体飞行器简化梁模型，提出新的基于CUDA（Compute Unified Device Architecture）的有限元单元刚度矩阵生成和总刚度矩阵组装算法。依据梁单元矩阵的对称性，结合GPU硬件架构提出并行生成算法并进行改进。为有效减少装配时间，在装配过程中采用着色算法，提出了基于GPU（Graphics Processing Unit）共享内存的非零项组装策略，通过在不同计算平台下算例对比，验证了新算法的快速性。数值算例表明，本文算法的求解效率较高，针对一定计算规模内的模型可满足快速计算与诊断的实时性要求。     

基于集群的并行有限元分析研究

利用面向对象的方法实现了基于集群的并行有限元分析.首先介绍构建高性能计算集群的系统分析新方法,并针对建成集群系统的特点,对并行消息传递库MPI进行了并行语义分析,进而对其主要的实现函数进行面向对象的重构而建立起OO消息传递库,以此为基础分别利用两种不同的策略实现了面向对象的并行有限元分析(OOParaFEA: Object-Oriented Parallel FEA),一种是通过对传统的基于域分解方法的并行PCG算法进行改造而在集群平台实现,另一种是对已有的基于子结构方法的串行有限元分析程序加以扩展,加入系统方程组并行求解器而达到有限元分析并行化的目的.多个分析算例表明,基于集群进行面向对象的并行有限元分析可以有效提高计算效率,为进一步的网络化CAD/CAE研究奠定良好基础.     

用显格式技术对复杂结构准静态加载的有限元模拟

在强非线性有限元分析中 ,当采用隐格式方法得不到预期结果时 ,显格式技术是解决问题的有效途径之一。采用显格式分析方法 ,要解决两个问题 ,一是合理选择载荷作用时间 ;二是控制系统的惯性效应。本文选用了 5个时间历程函数 ,首先将它们应用于线性弹簧振子分析中 ,得到了响应的解析表达式并做了误差分析 ,通过作图的方式 ,显示了各函数动静模拟的优劣。根据对线性弹簧振子的分析 ,得到了选择载荷作用时间的重要参数——线性系统的最小自然周期。随后对带孔口的薄板平面应力问题做非线性有限元动静分析 ,得到了一些有价值的结论 ,可供工程应用参考     

基于局部通信的有限元分析并行算法优化研究

针对有限元分析的计算问题,在现有采用全局通信方案的简单并行算法基础上,对其所涉核心算法,采用稀疏数据结构与局部通信进行并行算法优化设计,有效减少了通信所涉及的处理器个数与通信量.同时,通过采用非阻塞通信,并将与通信无关计算进行分离与前置的方法,进行计算与通信重叠,以有效隐藏通信开销的影响.实验结果表明,优化所得算法相比...     

A parallel solver based on the dual Schur decomposition of general finite element matrices

A parallel solver based on domain decomposition is presented for the solution of large algebraic systems arising in the finite element discretization of mechanical problems. It is hybrid in the sense that it combines a direct factorization of the local subdomain problems with an iterative treatment of the interface system by a parallel GMRES algorithm. An important feature of the proposed solver is the use of a set of Lagrange multipliers to enforce continuity of the finite element unknowns at the interface. A projection step and a preconditioner are proposed to control the conditioning of the interface matrix. The decomposition of the finite element mesh is formulated as a graph partitioning problem. A two-step approach is used where an initial decomposition is optimized by non-deterministic heuristics to increase the quality of the decomposition. Parallel simulations of a Navier–Stokes flow problem carried out on a Convex Exemplar SPP system with 16 processors show that the use of optimized decompositions and the preconditioning step are keys to obtaining high parallel efficiencies. Typical parallel efficiencies range above 80%. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

Two-step explicit finite element method for two-layer flow analysis

A finite element method for the analysis of two-layer density flows is presented in this paper. The standard Galerkin method based on linear interpolation functions is used to yield discrete spatial variables. For numerical integration in time, an explicit two-step selective lumping method is used. Here it is applied to a flow analysis of Ishikari Bay, at the mouth of Ishikari River. This case demonstrates a procedure that yields a numerically stable solution.     

一种新的并行自适应网格有限元算法

给出了一种新的适用于流体力学问题的并行自适应有限元算法。首先，基于初始稀网格上获得的事后误差估算值，应用反复谱对剖分方法对初网格进行划分，使各子域上总体误差近似相等，从而解决并行自适应计算中的负载平衡问题。然后在各处理器上独立地求解整体问题，并进行指定子域上的网格自适应处理。最后将各子域上的自适应网格组合成一个整体网格，应用基于粘接元技术的区域分裂法在该网格上获得最终解。文末给出了数值实验结果。     

Local and parallel finite element algorithms based on two-grid discretization for steady Navier-Stokes equations

Local and parallel finite element algorithms based on two-grid discretization for Navier-Stokes equations in two dimension are presented. Its basis is a coarse finite element space on the global domain and a fine finite element space on the subdomain. The local algorithm consists of finding a solution for a given nonlinear problem in the coarse finite element space and a solution for a linear problem in the fine finite element space, then droping the coarse solution of the region near the boundary. By overlapping domain decomposition, the parallel algorithms are obtained. This paper analyzes the error of these algorithms and gets some error estimates which are better than those of the standard finite element method. The numerical experiments are given too. By analyzing and comparing these results, it is shown that these algorithms are correct and high efficient.