奇异杂交边界点法理论研究及应用

论文题目: 奇异杂交边界点法理论研究及应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 结构工程

作者: 苗雨

导师: 王元汉

关键词: 无网格法,正交基函数,误差分析,修正变分原理,移动最小二乘,奇异杂交边界点法,刚体位移法

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 无网格法是近二十年才发展起来的数值方法,它只需要节点信息以及对内外边界条件的描述,而网格则可以部分或完全消除。因此,该方法在裂纹扩展模拟、材料弹塑性分析以及三维问题的计算具有广阔的前景。本文综述了无网格数值方法的基本原理; 重点介绍了无网格Galerkin 法、无网格边界局部积分方程法、边界点法和杂交边界点法; 探讨了基函数的选取对无网格Galerkin 法计算精度的影响。在此基础上提出了一种新的边界类型的无网格方法—奇异杂交边界点法,并成功地将其实现并应用于二维弹性力学问题和三维弹性力学的求解。本文主要完成了以下几个方面的工作: 首先,探讨了无网格法中形函数的性态及对计算结果的影响,讨论了无网格法产生误差的原因。主要分析了无网格伽辽金法节点不良分布以及采用一般高次多项式基构造形函数时,致使形函数中矩阵A 病态,从而导致全局数值解振荡的原因。就不同的基函数对插值函数及无网格法的计算精度的影响作了分析比较,得出了基函数的选取标准,并用算例说明了这些结论的正确性。其次,提出了在工程计算中的高次正交多项式基来拟合应力高梯度问题,并以罚函数法引入强加边界条件。该方法保留了无网格Galerkin 法所拥有的优点,去除了其中的一些缺陷,使得用高次正交基逼近时计算精度较高,因此适合工程计算中诸多计算问题。通过算例及误差分析证实了这种方法的优势。第三,提出了一种新的边界类型的无网格方法—奇异杂交边界点方法。该方法结合修正变分原理和移动最小二乘近似,同时利用无网格局部边界积分方程中的局部化思想,是一种真正的无网格方法—既不需要插值网格,也不需要积分网格,所有的积分都是在简单规则的子域内完成的,计算时仅仅需要边界上离散点的信息。第四,将奇异杂交边界点方法用于二维和三维弹性力学问题中,建立了这两类问题的奇异杂交边界点法,并编制了相应的程序。数值算例表明了该方法的可行性和优良性能。第五,通过计算弹性力学经典算例以及对照解析解,对影响奇异杂交边界点方

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 引言

1.2 无网格法的研究历史及现状

1.3 无网格技术的特点

1.4 本文的主要工作

2 无网格方法的基本原理

2.1 引言

2.2 无网格法函数近似

2.3 无网格法位移边界条件处理

2.4 无网格法的积分方案

2.5 小结

3 无网格方法的计算误差分析

3.1 引言

3.2 无网格法计算精度影响分析

3.3 正交基无网格伽辽金法

3.4 小结

4 奇异杂交边界点方法理论基础

4.1 引言

4.2 杂交位移边界元法理论

4.3 奇异杂交边界点方法理论推导

4.4 小结

5 平面弹性力学问题的奇异杂交边界点法

5.1 引言

5.2 平面弹性力学问题的基本方程

5.3 平面弹性力学问题基本解

5.4 平面弹性力学问题边界变量的移动最小二乘插值

5.5 平面弹性力学问题奇异杂交边界点方法边界积分方程

5.6 数值算例

5.7 小结

6 三维弹性力学问题的奇异杂交边界点法

6.1 引言

6.2 三维弹性力学问题的基本方程

6.3 三维弹性力学中边界变量移动最小二乘插值

6.4 三维弹性力学奇异杂交边界点方法边界积分方程

6.5 数值算例

6.6 小结

7 结论与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表论文目录

附录2 攻读博士学位期间参与的科研项目

附录3 参数坐标系内曲面上MLS 插值源代码

发布时间: 2006-04-05

奇异杂交边界点法理论研究及应用

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