高质量点集的快速局部网格生成算法

高效及高质量的局部网格生成算法是基于节点有限元并行方法设计的关键。泡泡布点算法能够在复杂区域上不经过人工干预生成高质量的节点集,本文提出了基于该方法所生成的节点集的快速局部网格生成算法。该算法充分利用泡泡布点方法提供的节点集及节点邻接链表信息,避免了桶数据结构的建立以及节点的局部搜索过程,只需应用Delaunay三角剖分的外接圆准则从中心节点的邻接链表中去除极少数的非卫星点,可快速地生成局部网格,比现有的局部网格生成算法更为快捷。算例结果表明,该算法高效可靠,生成网格与Delaunay三角剖分网格一致。     

泡泡布点方法及其并行性

针对无网格和有限元方法中的布点需求,借鉴分子动力学方法和泡泡网格化方法的思想和处理技术,提出一种单纯的布点方法--泡泡布点方法.将区域内的点看作有相互作用力的泡泡,通过动态模拟得到高质量的点集,模拟中不需要网格连接.算例显示,生成的均匀点集和非均匀点集都具有很好的结构和渐进性,并对复杂区域具有很好的适应性.同时由于相互作用力的局部性,该布点方法类似于短程作用的分子动力学模拟,拥有潜在的并行性.通过初步的并行算例,验证了其并行化的可行性.     

基于固定网格和拓扑导数的结构拓扑优化自适应泡泡法

为继承传统拓扑优化泡泡法变量少、精度高等优点,并克服其网格重划频繁、孔洞合并操作繁琐等不足,提出了一种基于固定网格和拓扑导数的自适应泡泡方法.该方法的主要特点是:(1)采用有限胞元固定网格分析方法计算结构力学响应,在优化过程中无需网格更新和重划分,就能保证较高的分析精度;(2)根据拓扑导数信息指导结构区域中孔洞的引入,不仅消除了优化结果对孔洞初始布局的依赖性,还能有效控制设计变量的数量;(3)引入拓扑导数阈值和孔洞影响区域新概念,实现了孔洞引入频次和位置的自适应调节,保证了拓扑优化过程的数值计算稳定性;(4)采用光滑变形隐式曲线描述孔洞边界,不仅设计参数少、变形能力强,而且便于处理孔洞间的融合/分离操作以及与固定网格分析方法的有机结合.理论分析和数值算例表明,改进后的自适应泡泡法能够消除传统泡泡法因采用拉格朗日网格和参数化B样条曲线模型而存在的实施困难,采用很少的设计变量就可获得边界光滑清晰的优化结果.      

基于自适应泡泡法的薄壳结构拓扑优化设计

为有效解决薄壳结构拓扑优化设计难题,并满足其对分析模型精度和优化结果质量的高要求,结合等几何壳体分析方法提出一种基于自适应泡泡法的新型拓扑优化设计框架.等几何分析技术在薄壳分析方面具有天然的优势:一方面可为薄壳结构建立起精确的NURBS分析模型,避免了模型转换操作及误差;另一方面还可保证待分析物理场的高阶连续性,无需设置转角自由度等.为了在给定壳面上实现结构的拓扑演化,借助NURBS曲面(即等几何分析中的薄壳中面)的映射关系,仅需在规则的二维参数区域内改变结构拓扑即可.鉴于此,采用自适应泡泡法在壳面参数区域内开展拓扑优化,该方法包含孔洞建模、孔洞引入和固定网格分析3个模块,其在当前工作中分别基于闭合B样条、拓扑导数理论和有限胞元法实现.其中,闭合B样条兼具参数和隐式两种表达形式,参数形式便于在CAD系统中直接生成精确的结构模型;隐式形式不仅便于开展孔洞的融合/分离操作,还能与有限胞元法有机结合以替代繁琐的修剪曲面分析方法.理论分析和数值算例表明,所提优化设计框架将复杂的薄壳结构拓扑优化问题转化为简单的二维结构拓扑优化问题,在保证足够分析精度的基础上使用相对很少的设计变量就可得到具有清晰...     

激光-等离子体相互作用中电磁孤立子研究进展

激光-等离子体相互作用产生电磁孤立子是等离子体中重要的非线性现象之一。介绍了激光-等离子体中电磁孤立子研究的过程,比较详细地叙述了国内外数值模拟研究取得的一些研究成果,重点介绍了近几年在Rutherford Appleton实验室进行的实验研究进展情况。最后对于激光-等离子体相互作用中电磁孤立子的研究进行了总结和评述,并指出进一步研究需要解决的重要问题。     

吹泡泡中的学问

"吹泡泡"是儿童喜爱的游戏.第十七届全国初中应用物理知识竞赛第三题的第4小题,就是取材于"吹泡泡",对我们熟悉的现象与物理知识做了很好的融合,考查灵活运用所学物理知识、方法和处理实际问题的能力.     

一种新的求解对流占优问题的自适应网格细化方法

在均匀网格上求解对流占优问题时,往往会产生数值震荡现象,因此需要局部加密网格来提高解的精度。针对对流占优问题,设计了一种新的自适应网格细化算法。该方法采用流线迎风SUPG(Petrov-Galerkin)格式求解对流占优问题,定义了网格尺寸并通过后验误差估计子修正来指导自适应网格细化,以泡泡型局部网格生成算法BLMG为网格生成器,通过模拟泡泡在区域中的运动得到了高质量的点集。与其他自适应网格细化方法相比,该方法可在同一框架内实现网格的细化和粗化,同时在所有细化层得到了高质量的网格。数值算例结果表明,该方法在求解对流占优问题时具有更高的数值精度和更好的收敛性。     

快速泡泡布点方法

泡泡布点算法能够在复杂区域上不经过人工干预生成高质量的节点集,为提高其计算效率,本文对泡泡布点法做三方面修正:①让泡泡运动的粘性系数c随时间的推移逐渐增大以加速收敛,每轮模拟结束后需增删泡泡时再给c赋一个较小的值以确保泡泡分布的质量;②求解控制泡泡运动的常微分方程组时选用时间复杂度较小的数值算法.算例表明数值方法精度在一定程度上的降低对节点质量的影响不大,能有效的节约计算时间;③取消对泡泡交叠率的排序,通过设置阈值控制泡泡的增删.算例表明以上方案节约运行时间40%以上,所布置节点对应的Delaunay三角单元网格平均质量高于0.9.该快速算法高效且能够生成高质量的节点集.     

双参数曲面的泡泡网格化方法

为将双参数曲面离散成高质量的网格,首先在参数域内利用各向异性的非均匀泡泡布点方法优化布点,然后用各向异性Delaunay三角化方法将参数域网格化,最后用映射法得到双参数曲面的离散网格.参数域中的节点由二阶黎曼度量矩阵控制,该度量矩阵由三维曲面的网格度量矩阵和曲面参数方程的梯度计算得到.数值算例表明,泡泡布点法在参数域上能生成满足度量矩阵要求的节点集,将节点连接成网格并投影回曲面,所得曲面网格具有很高的质量.     

蜘蛛网上的水珠

液滴的形状是由其界面能和重力共同决定的.当液滴尺度小于毛细长度时,自由状态下的液滴的形状接近完美的球形.当一个小液体同固体表面有接触时,如果液滴同固体表面完全浸润,液滴将铺开;而在部分浸润的情况下,液滴将维持一个由接触角所表征的泡泡状.