一维C~1有限元后处理超收敛计算的新型算法

该文针对一维C~1有限元提出一种新型后处理超收敛算法,由该法可求得全域超收敛的位移和内力。该法在单个单元上逐单元实施,通过将单元端部结点位移有限元解设为本质边界条件,在单元域上建立单元位移恢复的局部边值问题。对该局部边值问题,以单元内任一点为结点将单元划分为两个子单元进行有限元求解,子单元次数与原单元相同,由此获得该点位移的超收敛解。对单元内所有点均作这样的超收敛求解,可获得整个单元上位移的超收敛解。该位移超收敛解光滑、连续,通过对该位移超收敛解求导可获得转角和内力的超收敛解。数值结果表明,对于m次元,该法得到的挠度和转角具备与结点位移相同的h~(2m-2)阶的最佳收敛阶;弯矩和剪力则分别具备h~(2m-3)、h~(2m-4)阶的收敛阶,均比相应有限元解高出m-2阶。该法可靠、高效、易于实施,是一种颇具潜力的后处理超收敛算法。     

平面曲梁面外自由振动有限元分析的p型超收敛算法

该文用p型超收敛算法对平面曲梁面外自由振动问题进行求解。该法基于频率和振型结点位移在有限元解答中的超收敛特性,在单元上建立振型近似满足的线性常微分方程边值问题,用更高次元对该线性边值问题进行有限元求解获得各单元上振型的超收敛解,将振型的超收敛解代入Rayleigh商,得到频率的超收敛解。该法作为后处理法,修复计算分别在各个单元上单独进行,故通过少量计算即能显著提高频率和振型的精度和收敛阶。数值算例显示该法稳定、高效,值得进一步研究和推广。     

平面曲梁面内自由振动有限元分析的p型超收敛算法

该文提出一种求解平面曲梁面内自由振动问题的p型超收敛算法。该法基于有限元解答中频率和振型结点位移的固有超收敛特性,在单个单元上建立了振型近似满足的线性常微分方程边值问题,对该局部线性边值问题采用单个高次元进行有限元求解获得该单元上振型的超收敛解,逐单元计算完毕后,将振型的超收敛解代入Rayleigh商,获得频率的超收敛解。该法为后处理法,且后处理计算仅在单个单元上进行,通过少量计算即能显著提高频率和振型的精度和收敛阶。数值算例表明,该法可靠、高效,值得进一步研究和推广。     

结构自由振动问题有限元新型超收敛算法研究

该文以杆件轴向自由振动问题为例提出一个结构自由振动问题的新型超收敛计算方法。该法基于有限元解答中频率和振型结点位移的超收敛特性,建立了单元上振型近似满足的线性常微分方程边值问题,对该线性边值问题采用更高次数的多项式进行有限元求解获得各单元上振型的超收敛解,将振型的超收敛解代入Rayleigh商,获得结构频率的超收敛解。该法简单、直接,通过很少量的计算即能显著提高频率和振型的精度和收敛阶。数值算例显示,该法高效、可靠,是一个颇具潜力的新方法。     

二阶非线性常微分方程边值问题有限元p型超收敛计算

该文提出二阶非线性常微分方程边值问题有限元求解的p型超收敛算法。该法基于有限元解答中结点解的超收敛特性,以单元端部的有限元解作为单元边界条件,通过泰勒展开技术在单个单元上建立了单元解近似满足的线性常微分方程边值问题,对该局部线性边值问题采用单个高次元进行有限元求解获得该单元上的超收敛解,对每个单元实施上述过程可获得全域的超收敛解。该法为后处理法,且后处理计算仅在单个单元上进行,通过很少量的计算即能显著提高解答的精度和收敛阶。数值结果显示,该法高效、可靠,是一个颇具潜力的方法。     

二维泊松方程问题Lagrange型有限元p型超收敛算法

该文针对二维泊松方程问题的Lagrange型有限元法提出了一种p型超收敛算法。该法受有限元线法对二维问题降维思想的启发,基于网格结点位移的天然超收敛性,通过从网格中取出一行对边相邻的单元作一子域,将子域内各单元另一对边解答取为原有限元解答,在子域上建立真解近似满足的局部偏微分方程边值问题,对该局部边值问题,沿对边方向单向提高单元阶次进行有限元求解获得单元对边上的超收敛解。单元另一对边上的超收敛解可通过另一方向的单元行类似获得。在单元边超收敛解的基础上,依次取出各个单元,以单元边位移超收敛解为Dirichlet边界条件,双向提高单元阶次对原泊松方程问题进行有限元求解即可获得全域超收敛解。数值算例表明,通过简单的后处理计算本法可显著提高解答的精度和收敛阶。     

二维有限元单元角结点位移精度修正之初探

二维四边形有限元单元角结点位移相较于其他结点位移,有更高的收敛阶。对于足够光滑的问题,采用m次单元,其角结点位移收敛阶最高可达2 m阶。该文以二维Poisson方程为例,在有限元解的基础上,利用单元能量投影(EEP)法的超收敛解计算残余荷载向量,在不改变整体刚度矩阵的基础上,仅需进行代数方程组回代,即可得到具有更高精度的单元角结点位移。数值结果表明:当采用EEP简约格式解计算残余荷载向量时,单元角结点位移收敛阶最高可提高为2m+2阶。特别地,对于线性元,精度翻倍,效益十分显著。     

位移型板单元内力解的杂交化后处理

本文针对如何提高位移型板弯曲单元内力解的问题进行了一些探讨,在总结位移型和杂交型有限元的特点基础之上,提出了利用杂交元原理对位移型单元内力解进行重算的后处理方案：首先由位移型板元求出单元结点位移;其次假设满足平衡方程的单元内力场,并利用杂交能量泛函原理确定其与单元位移之间的联系,进而求出单元内力解。数值算例表明,本文所提出的方法可以明显改善多种板弯曲单元内力解的性态,使单元在获得较精确的位移解的同时,又可获得较好的内力解,而且又不使单元列式过于复杂。本文为改善位移型有限元的内力和应力解提供了一条可行的新途径。     

变截面变曲率梁振型的有限元超收敛拼片恢复解和网格自适应分析

该文提出变截面变曲率梁振型的有限元后处理超收敛拼片恢复方法,建立各阶振型的超收敛解,并基于振型超收敛解进行变截面曲梁面内和面外自由振动的自适应分析。在位移型有限元后处理阶段,引入超收敛拼片恢复方法和高阶形函数插值技术,得到振型(位移)的超收敛解。利用振型超收敛解估计当前网格下振型有限元解的能量模形式下的误差,并指导网格进行自适应细分加密分析,获得优化的网格和满足预设误差限的高精度解答。数值算例表明该算法适于求解不同曲线形态、多类边界条件、变截面、变曲率形式的曲梁面内和面外自由振动连续阶频率和振型,解答精确、分析过程高效可靠。     

一维C~1有限元超收敛解答计算的EEP法

将新近提出的C0有限元后处理中超收敛解答计算的单元能量投影(Element Energy Projection,简称EEP)法推广到一维C1类有限元。根据单元投影定理具体推导了一般梁单元的计算公式,并对两个有代表性的单元给出了数值算例。分析和算例表明,EEP法在一维C1类有限元中再次获得令人满意的效果,即对任一单元中的任一点,从位移一直到三阶导数(如梁的挠度、转角、弯矩、剪力),匀可获得与结点位移精度相当的超收敛结果,而且可精确满足自然边界条件。