弹性力学的复变量数值流形方法

数值流形方法通过引入数学和物理双重网格,将插值域和积分域分别定义在两个不同的覆盖上来完成系统能量泛函积分运算. 当采用高阶函数构造位移函数时,广义节点自由度将大大增加. 在求解系统的平衡方程中,运算量是与自由度的三次方成正比的,因此数值流形方法的计算量是较大的. 为此,在复变量理论的基础上,采用一维基函数建立二维问题的逼近试函数,然后将其应用于弹性力学的数值流形方法,提出了复变量数值流形方法,推导了弹性力学的复变量数值流形方法的公式. 与传统的数值流形方法相比,复变量数值流形方法具有计算量小、精度高的优点.      

弹性力学的一种边界无单元法

首先对移动最小二乘副近法进行了研究，针对其容易形成病态方程的缺点，提出了以带权的正交函数作为基函数的方法－改进的移动最小二乘副近法，改进的移动最小二乘逼近法比原方法计算量小，精度高，且不会形成病态方程组，然后，将弹性力学的边界积分方程方法与改进的移动最小二乘逼近法结合，提出了弹性力学的一种边界无单元法，这种边界无单元法法是边界积分方程的无网格方法，与原有的边界积分方程的无网格方法相比，该方法直接采用节点变量的真实解为基本未知量，是边界积分方程无网格方法的直接解法，更容易引入界条件，且具有更高的精度，最后给出了弹性力学的边界无单元法的数值算例，并与原有的边界积分方程的无网格方法进行了较为详细的比较和讨论。     

无网格方法的研究进展与展望

目前正在发展的无网格方法采用基于点的近似,可以彻底或部分地消除网格,因此在处理不连续和大变形问题时可以完全抛开网格重构。无网格方法是目前科学和工程计算方法研究的热点,也是科学和工程计算发展的趋势。本文首先简单地阐述了无网格方法,然后详细叙述了目前提出的各种无网格方法的研究进展,最后对目前无网格方法存在的问题进行了探讨,提出了今后的研究方向。     

影响无网格方法求解精度的因素分析

基于移动最小二乘法的无网格方法的计算精度除受到节点的分布密度和基底函数的阶次影响外，还受到其它因素的影响，其中权函数的选取、权函数影响域的大小及位移边界条件的引入对计算精度影响较大。本文分析了几种常用权函数在数值计算时的特点，包括计算精度、收敛情况、计算效率等，同时分析了影响域大小及边界条件的引入对计算精度的影响。通过分析给出了确定权函数及其影响域大小的方法。当受约束的自由度较多时，通过配点法引入位移边界条件会引起计算结果的振荡，通过施加稳定项可以消除振荡现象，通过对带孔方板的受力分析证明了其可行性。应用以上结论对J23—10曲柄压力机机身进行了受力分析，应力集中部位的计算结果得到了较高的精度。     

基于单位分解法的无网格数值流形方法

在数值流形方法和单位分解法的基础上，提出了无网格数值流形方法. 无网格数值流形 方法在分析时采用了双重覆盖系统，即数学覆盖和物理覆盖. 数学覆盖提供的节点形成求解 域的有限覆盖和单位分解函数；而物理覆盖描述问题的几何区域及其域内不连续性. 与原有 的数值流形方法相比，无网格数值流形方法的数学覆盖形状更加灵活，可以用一系列节点的 影响域来建立数学覆盖和单位分解函数，具有无网格方法的特性，从而摆脱了传统的数值流 形方法中网格所带来的困难. 与无网格方法相比，由于采用了有限覆盖技术，试函数的构造 不受域内不连续的影响，克服了原有的无网格方法在处理不连续问题时所遇到的困难. 详细推导了无网格数值流形方法的试函数和求解方程，最后给出了算例，验证了该方法的正 确性.     

无网格方法求解稳定渗流问题

使用无单元伽辽金(EFG)方法求解圆形油藏中心井和矩形油藏裂缝井两种稳定渗流模型。在中心井模型计算过程中，观察到采用对数等分布置节点是最有效的；计算结果与理论解和有限元解相比较，表明无网格方法是一种比有限元更为精确的方法。裂缝井模型通过在初始节点基础之上加密节点，获得了比较好的结果，并且给出了等压力曲线图。     

固体力学中的无网格方法

简要地介绍了目前在无网格方法中主要使用的近似方案:移动最小二乘法、核函数法和单位分解法,并对这些方案的联系及各自的一致性条件进行了讨论;此外,对于无网格方法在数值计算中的离散方案、积分方案、边界条件的引入以及如何处理场函数或其导数的不连续性加以论述．      

一种新的数值方法——无网格伽辽金法（EFGM）

无网格伽辽金法（ＥＦＧＭ）是近几年发展起来的与有限元相似的一种数值算法,它采用移动的最小二乘法构造形函数,从能量泛函的弱变分形式中得到控制方程,并用拉氏乘子满足本征边界条件,从而得到偏微分方程的数值解中得到该法只需节点信息,不需将节点连成单元,此外,还有精度高,后处理方便等优点,本文介绍其基本原理及实现过程,并用算例表明,该法具有一定的发展前景。     

含有启动压力梯度的渗流问题及其无网格解法

针对两种典型的涉及启动压力梯度的渗流问题,给出了无量纲化的渗流控制方程、初始条件和边界条件,并使用无网格方法进行数值模拟。计算结果使用Gringarten—Bourdet图版进行井底压力分析,给出了一种计算动边界位置的方法,并详细讨论了动边界变化情况。     

带源参数的二维热传导反问题的无网格方法

利用无网格有限点法求解带源参数的二维热传导反问题,推导了相应的离散方程. 与 其它基于网格的方法相比,有限点法采用移动最小二乘法构造形函数,只需要节点信息,不 需要划分网格,用配点法离散控制方程,可以直接施加边界条件,不需要在区域内部求积分. 用有限点法求解二维热传导反问题具有数值实现简单、计算量小、可以任意布置节点等优点. 最后通过算例验证了该方法的有效性.     

Enriched meshless manifold method for two-dimensional crack modeling

The meshless manifold method is based on the partition of unity method and the finite cover approximation theory which provides a unified framework for solving problems dealing with both continuum with and without discontinuities. The meshless manifold method employs two cover systems. The mathematical cover system provides the nodes for forming finite covers of the solution domain and the partition of unity functions. And the physical cover system describes geometry of the domain and the discontinuous surfaces in the domain. The shape functions are derived by the partition of unity and the finite covers approximation theory. In meshless manifold method, the mathematical finite cover approximation theory is used to model cracks that lead to interior discontinuities in the displacement. Therefore, the discontinuity is treated mathematically instead of empirically by the existing methods. However, one cover of a node is divided into two irregular sub-covers when the meshless manifold method is used to model the discontinuity. As a result, the method sometimes causes numerical errors at the tip of a crack. To improve the precision of the meshless manifold method, the enriched methods are introduced in this work for crack problems.     

一种求解三维声腔声压分布问题的无网格法

利用传统有限元法求解声压分布问题常常受到污染误差和色散误差的困扰.加权最小二乘无网格法(MWLS)是一种基于移动最小二乘(MLS)近似的无网格方法,求解声腔声压分布问题具有低色散、高精度的特点.然而传统的MLS近似有时容易产生病态矩阵,利用加权正交基函数构建改进的移动最小二乘(IMLS)近似,得到的系统方程为非病态的.论文基于改进的加权最小二乘无网格法(IMWLS)求解三维声腔内部声压分布.计算得到的声压分布和声压频响曲线都与参考值十分吻合,峰值误差和污染误差都比FEM的小,计算成本相比无单元伽辽金法显著降低.计算结果表明IMWLS相比传统的FEM,能在更高的频段内达到高精度,并且相比EFGM能大幅提高计算效率.     

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...     

Analysis of 2-D thin structures by the meshless regular hybrid boundary node method

Thin structures are generally solved by the Finite Element Method (FEM), using plate or shell finite elements which have many limitations in applications, such as numerical locking, edge effects, length scaling and the envergence problem. Recently, by proposing a new approach to treating the nearly-singular integrals, Liu et al. developed a BEM to successfully solve thin structures with the thickness-to-length ratios in the micro- or nano-scales. On the other hand, the meshless Regular Hybrid Boundary Node Method (RHBNM), which is proposed by the current authors and based on a modified functional and the Moving Least-Square (MLS) approximation, has very promising applications for engineering problems owing to its meshless nature and dimension-reduction advantage, and not involving any singular or nearly-singular integrals. Test examples show that the RHBNM can also be applied readily to thin structures with high accuracy without any modification.     

任意边界形状的二维刚塑性成形过程的无网格分析方法

将无网格伽辽金方法引入到塑性成形过程模拟,结合刚塑性材料假设,提出了基于刚塑性理论的无网格伽辽金方法,推导了其刚度矩阵方程和求解列式,给出了模具形状任意的二维塑性成形问题摩擦力边界条件的施加方法以及无网格方法应用于任意边界形状的塑性成形问题时的坐标转换关系,建立了无网格方法模拟任意边界形状的塑性成形问题的步骤,并编写了相应的计算程序。应用建立的方法对典型塑性成形过程进行了无网格方法分析,通过与刚塑性有限元方法分析结果的比较,验证了本文所建立方法的可行性。     

A meshless method of a thin plate

A meshless approach to analysis of arbitrary Kirchhoff plates by the local boundary integral equation(LBIE) method is presented. The method combines the advantageous features of, all the three methods: the Galerkin finite element method (GFEM), the boundary element method (BEM) and the element-free Galerkin method (EFGM). It is a truly meshless method, which means that the discretization is independent of geometric subdivision into elements or cells, but is only based on a set of nodes (ordered or scattered) over a domain in question. It involves only boundary integration, however, over a local boundary centered at the node in question; It poses no difficulties in satisfying the essential boundary conditions while leading to banded and sparse system matrices using the moving least square (MLS) approximations. It is shown that high accuracy can be achieved for arbitrary geometries for clamped and simply-supported edge conditions. The method is found to be simple, efficient, and attractive. Project supported by the National Science Foundation of China (No. 19972019).     

Incompatible numerical manifold method for fracture problems

The incompatible numerical manifold method （INMM） is based on the finite cover approximation theory, which provides a unified framework for problems dealing with continuum and discontinuities. The incompatible numerical manifold method employs two cover systems as follows. The mathematical cover system provides the nodes for forming finite covers of the solution domain and the weighted functions, and the physical cover system describes geometry of the domain and the discontinuous surfaces therein. In INMM, the mathematical finite cover approximation theory is used to model cracks that lead to interior discontinuities in the process of displacement. Therefore, the discontinuity is treated mathematically instead of empirically by the existing methods. However, one cover of a node is divided into two irregular sub-covers when the INMM is used to model the discontinuity. As a result, the method sometimes causes numerical errors at the tip of a crack. To improve the precision of the INMM, the analytical solution is used at the tip of a crack, and thus the cover displacement functions are extended with higher precision and computational efficiency. Some numerical examples are given.     

瞬态热传导问题的加权最小二乘无网格法

加权最小二乘无网格法是一种基于节点信息的纯无网格法,该方法使用最小二乘法建立系统的变分原理,通过移动最小二乘法构造近似函数,控制方程在节点处的残量使用最小二乘法予以消除,边界条件通过罚函数法引入。本文推导了瞬态热传导问题的加权最小二乘无网格计算格式,编制了相应的计算程序,算例结果表明,该方法具有精度高、前后处理简单的优点,是一种高效的的新型无网格法。