基于流形覆盖思想的无网格方法的研究

本语言基于流形思想,利用有限覆盖,单位分解等概念,引入建立在覆盖上的覆盖函数和具有紧支撑特性的单位分解函数,建立场逼近的近似表达,由弱形式的Galerkin变分得到数值分析模型,结合边界条件用于边值问题的求解,由此建立了一类新的无网格数值方法,论文采用这种方法分析了平面弹性问题,分析了体积闭锁现象,h、p型收敛性等,提出了一种选择覆盖大小的方案,且对狭长城采用了椭圆覆盖形式,取得了比较好的效果。     

中厚板的耦合多项式基径向点插值无网格法

采用Mindlin平板理论,通过最小位能原理建立了各向同性中厚板的伽辽金整体弱式方程,形函数采用耦合多项式基的径向点插值法构造,可以直接施加本质边界条件. 算例表明,用耦合多项式基的径向点插值无网格法分析中厚板问题,具有效率高、精度高和易于实现等优点,可以避免薄板弯曲时的剪切自锁现象.     

非匹配结点的有限单元等参插值方法及其应用研究

针对两零件的异构网格单元结点在接触界面不能相互匹配导致结点属性不能连续过渡和传递的问题,提出非匹配结点的有限单元等参插值方法,通过构建非匹配结点的形函数和修正原结点的形函数,将结点属性值的影响范围限制在可控的局部区域,从而实现两异构网格结点属性在接触界面的连续过渡和传递。通过两个异构的四边形单元网格的结点属性在接触界面的过渡实例和啮合齿轮的接触分析应用,验证了该方法的正确性和有效性。     

弹塑性扭转问题具多项式基的径向点插值无网格法

对于弹塑性扭转问题描述的椭圆变分不等式,采用具多项式基的径向点插值法无网格方法与Uzawa方法耦舍,得到了带松弛因子的离散迭代算法,并给出了数值算例,分析了参数对结果的影响.通过与有限元法比较,表明该方法是求解弹塑性扭转问题的有效的方法之一.     

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.     

无网格径向点插值法在拓扑优化中的应用

论文基于无网格径向点插值法(RPIM)对连续体结构进行拓扑优化设计.以高斯点的相对密度为设计变量,以结构的柔度最小化为目标函数,利用带惩罚的各向同性固体材料模型(SIMP)和优化准则法,建立了设计变量的迭代格式.利用灵敏度过滤技术有效地消除了点状棋盘格现象.给出了相应的计算流程,并用Fortran程序语言实现其算法.算例证明,应用无网格径向点插值法能够有效地对连续体结构进行拓扑优化设计.     

配点型广义节点无网格法的基本原理及其应用

借鉴流形方法思想,引入广义节点的概念,对传统的无网格法进行了改进,建立了可具有任意高阶多项式插值函数的广义节点无网格方法。同时采用径向插值函数构造具有插值特性的逼近函数;采用配点法建立系统的离散方程。在阐述了这种方法基本原理的同时,针对线弹性力学问题给出了这种方法的数值计算列式。与传统无网格方法相比,这种方法更具有一般性;同时由于采用了配点法而不需要背景积分网格,所以可以认为这种方法是某种真正意义上的无网格法。当选取0阶广义节点位移插值函数时便可得到传统的无网格法;在不增加支持域内节点数目的条件下,通过选取高阶广义节点位移插值函数可以提高计算精度。最后通过算例分析,对0阶、1阶及2阶广义节点无网格法与现有的有关解答进行了对比,论证了其合理性。     

基于径向基函数的无网格方法

改进的基于径向基函数的强形式的无单元法（improved radial-basis-function strong-form meshless method,简称IRBFS）是真正意义上的无网格方法,介绍基本原理,求解弹性平面问题,验证了径向基函数的自由参数的最佳取值公式和稀疏化规律的适用性．     

基于分区径向基函数配点法的大变形分析

无网格法因为不需要划分网格, 可以避免网格畸变问题,使得其广泛应用于大变形和一些复杂问题. 径向基函数配点法是一种典型的强形式无网格法,这种方法具有完全不需要任何网格、求解过程简单、精度高、收敛性好以及易于扩展到高维空间等优点,但是由于其采用全域的形函数, 在求解高梯度问题时 存在精度较低和无法很好地反应局部特性的缺点. 针对这个问题,本文引入分区径向基函数配点法来求解局部存在高梯度的大变形问题. 基于完全拉格朗日格式,采用牛顿迭代法建立了分区径向基函数配点法在大变形分析中的增量求解模式.这种方法将求解域根据其几何特点划分成若干个子域, 在子域内构建径向基函数插值, 在界面上施加所有的界面连续条件,构建分块稀疏矩阵统一求解. 该方法仍然保持超收敛性, 且将原来的满阵转化成了稀疏矩阵, 降低了存储空间,提高了计算效率. 相比较于传统的径向基函数配点法和有限元法, 这种方法能够更好地反应局部特性和求解高梯度问题.数值分析表明该方法能够有效求解局部存在高梯度的大变形问题.      

一种基于增量径向基函数插值的流场重构方法

由于流场参数重构中, 用于重构的基网格单元的物理参数波动量相对于均值较小, 径向基函数（RBF） 直接插值方法重构会产生较大的数值振荡, 论文提出了一种增量RBF 插值方法, 并用于有限体积的流场重构步, 明显改善了插值格式的收敛性和稳定性. 算例首先通过简单的一维模型说明该方法的有效性, 当目标函数波动量相对于均值为小量时, 增量RBF 插值能够抑制数值振荡; 进一步通过二维亚音速、跨音速定常无黏算例、静止圆柱绕流非定常算例以及超音速前台阶算例来说明该方法在典型流场数值求解中的通用性和有效性. 研究表明增量RBF 重构方法可陡峭地捕捉激波间断, 可有效改善流场求解的收敛性和稳定性, 数值耗散小, 计算效率高.      

Numerical simulation of ground water flow via a new approach to the local radial point interpolation meshless method

A novel approach to local radial point interpolation meshless (LRPIM) method is introduced to investigate the influence of leakage on tidal response in a coastal leaky confined aquifer system, based on a local weighted residual method with the Heaviside step function as the weighting function over a local sub-domain. The present approach is a truly meshless method based only on a number of randomly located nodes. In this approach, neither global background integration mesh nor domain integration is needed. Radial basis functions (RBFs) interpolation is employed in shape function and its derivatives construction for evaluating the local weak form integrals. Due to satisfaction of kronecker delta property in RBF interpolation, no special treatment is needed to impose the essential boundary conditions. In order to obtain the optimum parameters, shape parameters of multiquadrics (MQ)-RBF are tuned and studied. The leakage has a significant impact on the tidal behaviour of the confined aquifer. The numerical results of this research indicate that both tidal amplitude of groundwater head in the aquifer and the distance over which the aquifer can be disturbed by the tide are considerably reduced by leakage. The novelty of the approach is the use of a local Heaviside weight function in the LRPIM which does not need local domain integration and only integrations on the boundary of the local domains are needed. Therefore, in this research a new local Heaviside weight function has been proposed. Numerical results are presented and compared with the results of analytical solution. It is observed that the obtained results agreed very well with the results of analytical solution. The numerical results show that the use of a local Heaviside weight function in the LRPIM is highly accurate, fast and robust. It is also noticed that this novel meshless approach using MQ radial basis is very stable.     

非均质中厚板的无网格LRPIM动力学分析

用局部加权残值法建立了非均质中厚板的局部径向点插值离散系统方程,采用无网格局部径向点插值法分析了非均质中厚板的自由振动和强迫振动问题。用径向基函数耦合多项式基函数来近似试函数,用四次样条函数做为加权残值法中的权函数。所构造的形函数具有Kronecker delta性质,可以很方便地施加本质边界条件。该方法不需要任何形式的网格划分,所有的积分都在规则形状的子域及其边界上进行。在计算过程中,取积分中的高斯点的材料参数来模拟问题域材料特性的变化。计算结果表明,利用该方法计算非均质中厚板的自由振动和强迫振动问题可以得到具有较高精度的解。     

基于径向基函数的加权最小二乘无网格法

径向基函数插值是一种新型的无网格插值方法,具有形式简单、空间维数无关等优点.这种插值方法具有δ函数的性质,易于满足本质边界条件,且插值函数的导数求解过程比通常的移动最小二乘插值(MLS)简单,精度也较高.另一方面,通过加权最小二乘法离散控制方程不需要积分,具有效率高,精度高等优点.本文试图将两者的优点结合起来,发展一种...     

二维水下声辐射问题的改进径向基点插值法研究

径向基点插值法是一种典型的无网格数值计算方法,在分析声学问题时,相比于传统有限元法能更好地抑制频散误差,且在相同的节点分布下通常可以得到更精确的数值解。本文提出一种改进的节点选取方案用于构造插值形函数,即改进径向基点插值法。该方案采取一个简单而直接的格式,可确保在进行数值积分时同一背景积分单元中的被积函数是连续可微的,从而减小数值积分误差,得到比原始径向基点插值法更精确的数值解。同时,为了处理外声场问题,本文采用DtN映射技术将无限域截断为有界计算域,满足索默菲尔德辐射条件。数值试验表明,相比于传统有限元法和原始径向基点插值法,本文改进方法具有更高的计算精度和计算效率,在研究水下声辐射问题时具有良好的应用前景。     

物质点法的理论和应用

物质点法采用质点离散材料区域, 用背景网格计算空间导数和求解动量方程,避免了网格畸变和对流项处理, 兼具拉格朗日和欧拉算法的优势, 非常适合模拟涉及材料特大变形和断裂破碎的问题. 本文详细论述了物质点法在基本理论、算法和软件开发方面的进展, 包括广义插值物质点法、接触算法、自适应算法、并行算法、与其他算法的杂交和耦合等. 系统地总结了物质点法在超高速碰撞、冲击侵彻、爆炸、动态断裂、流固耦合、多尺度分析、颗粒材料流动和岩土失效等一系列涉及材料特大变形问题中的应用,展示了其相对于传统数值计算方法的优势.     

基于点插值的配点型无网格法解Helmholtz问题

基于点插值法的思想,用三角函数作为基函数在局部支持域内构造具有Kroneckerδ函数性、单位分解性、高阶连续性、再生性和紧支性的形函数.用配点法离散微分方程,得到了具有稀疏带状性的系数矩阵,用GMERS方法求解代数方程组,分别研究了Helmholtz问题的边界层问题和波传播问题.通过数值算例可以发现,给出的数值结果非常接近于精确解,且随着节点的增加,其精确度越来越高,具有良好的收敛性.     

Meshless method based on collocation with consistent compactly supported radial basis functions

Based on our previously study, the accuracy of derivatives of interpolating functions are usually very poor near the boundary of domain when Compactly Supported Radial Basis Functions (CSRBFs) are used, so that it could result in significant error in solving partial differential equations with Neumann boundary conditions. To overcome this drawback, the Consistent Compactly Supported Radial Basis Functions (CCSRBFs) are developed, which satisfy the predetermined consistency conditions. Meshless method based on point collocation with CCSRBFs is developed for solving partial differential equations. Numerical studies show that the proposed method improves the accuracy of approximation significantly. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10172052)     

一种高效的局部径向基点插值无网格方法

提出了一种弹性动力分析的高效局部径向基点插值无网格方法(MLRPI).该方法采用径向基点插值形函数近似解变量,运用局部Petrov-Galerkin法推导出了相应的离散方程,并根据波动模拟的精度要求,得到某一结点的动力方程.然后采用Newmark常平均加速度法和中心差分法相结合的显式积分格式进行时域积分,得到每个自由度的一种解耦递推格式.最后,对一平面应变问题进行了求解,比较了该文提出的解耦MI.RPI方法、常规MLRPI方法和ANSYS有限元方法的精度和计算时间,结果表明解耦MLRPI方法与常规MLRPI方法的精度相当,但计算效率大大提高.     

Footbridge between finite volumes and finite elements with applications to CFD

The aim of this paper is to introduce a new algorithm for the discretization of second‐order elliptic operators in the context of finite volume schemes on unstructured meshes. We are strongly motivated by partial differential equations (PDEs) arising in computational fluid dynamics (CFD), like the compressible Navier–Stokes equations. Our technique consists of matching up a finite volume discretization based on a given mesh with a finite element representation on the same mesh. An inverse operator is also built, which has the desirable property that in the absence of diffusion, one recovers exactly the finite volume solution. Numerical results are also provided. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

Conforming radial point interpolation method for spatial shell structures on the stress-resultant shell theory

The implementation of the conforming radial point interpolation method (CRPIM) for spatial thick shell structures is presented in this paper. The formulation of the discrete system equations is derived from a stress-resultant geometrically exact theory of shear flexible shells based on the Cosserat surface. A discrete singularity-free mapping between the five degrees of freedom of the Cosserat surface and the normal formulation with six degrees of freedom is constructed by exploiting the geometry connection between the orthogonal group and the unit sphere. A radial basis function is used in both the construction of shape functions based on arbitrarily distributed nodes as well as in the surface approximation of general spatial shell geometries. The major advantage of the CRPIM is that the shape functions possess a delta function property and the interpolation function obtained passes through all the scattered points in the influence domain. Thus, essential boundary conditions can be easily imposed, as in finite element method. A range of shape parameters is studied to examine the performance of CRPIM for shells, and optimal values are proposed. The phenomena of shear locking and membrane locking are illustrated by presenting the membrane and shear energies as fractions of the total energy. Several benchmark problems for shells are analyzed to demonstrate the validity and efficiency of the present CRPIM. The convergence rate of the results using a Gaussian (EXP) radial basis is relatively high compared to those using a multi-quadric (MQ) radial basis for the shell problems.