MEMS非线性分析的局部Petrov-Galerkin法

无网格局部Petrov-Galerkin(MLPG)法被誉为是一种有发展前景的真正无网格方法,近年其理论和应用均得到较大发展.在MEMS(micro-electro-mechanical system)的建模与数值模拟研究中,大变形或大移动要充分予以考虑,无网格方法能在分析这类问题时显示出明显的优势.文中进一步发展MLPG法分析悬臂和两端固支微机电开关在非线性载荷作用下的非线性大变形问题,通过与有限元结果的比较,表明文中提出的大变形问题无网格局部Petrov-Galerkin法具有稳定性好、收敛快等优点.     

金属塑性成形过程无网格伽辽金法数值模拟技术研究

将无网格伽辽金法与刚(粘)塑性流动理论相结合,对无网格伽辽金法在金属塑性成形过程数值模拟中的应用技术进行了研究,分别采用混合变换法和罚函数法实现速度边界条件和体积不变条件,提出了基于刚(粘)塑性力学流动理论的无网格伽辽金法,给出了金属塑性成形无网格伽辽金法数值模拟的关键算法,拓展了无网格方法在金属成形领域的应用范围。典型算例的数值计算结果表明了方法的可行性。     

单元分解方法及其应用

单元分解方法是近年来得到广泛发展和应用的无网格方法的一个重要分支。相对于其它无网格方法,它具有更大的灵活性和高精度。本文对现有的单元分解方法进行了综述。阐述了它与其它无网格方法的关系,讨论了单元分解方法的优点和不足。文中还给出了单元分解方法的一般公式及其推导,介绍了用流形方法实现单元分解方法的数值计算,并给出了单元分解方法的算例。最后,介绍了单元分解方法的最新发展状况,并展望了它的发展方向和前景。     

基于偶应力理论的自然单元法研究

理论上偶应力理论较传统连续介质力学理论更精确,在研究具有微结构介质的力学行为时具有优势;在数值方法上,采用non-Sibsonian插值的自然单元法,在计算效率和本质边界条件的施加上较采用移动最小二乘插值的无网格方法具有明显的优势.通过采用基于Voronoi图和Delaunay三角化结构的non-Sibsonian插值方法构造近似位移场向量,实现无网格方法中位移边界条件的直接精确施加;将自然单元法与偶应力理论相结合,运用广义变分原理,推导出基于偶应力理论的无网格自然单元法的离散控制方程,给出基于偶应力理论的自然单元法.并将其应用于薄梁的弯曲问题,数值计算结果验证方法的正确性和有效性.     

锻造成形数值模拟中的关键技术

锻造成形机理非常复杂,数值模拟是目前塑性成形分析最有效的方法.本文介绍了锻造成形数值模拟基本理论,对几项直接影响计算精度及效率的关键技术,模具结构描述、动态摩擦条件、动态边界识别以及网格的划分与再划分,进行了分析和探讨.并利用DEFORM软件给出了实例.     

基于MLS无网格思想的数值流形方法

介绍了一种基于无网格思想的数值流形方法.用移动最小二乘法(MLS)构造插值函数,罚函数法处理位移边界条件,根据变分原理导出整体离散方程,最后用算例验证本文方法是可行的.     

成形充填过程的任意拉格朗日—欧拉有限元与无网格自适应耦合模拟

在任意拉格朗日—欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)方法框架中发展用于成形充填过程数值模拟的有限元与无网格自适应耦合方案。该方案自适应地在网格发生扭曲的区域采用无网格法空间离散以保证求解的精度和稳定性,而在网格质量较好的区域以及本质边界上保留使用有限元法空间离散以提高计算效率和便于施加本质边界条件,从而在充分发掘有限元法和无网格法各自优点的同时避开它们各自的缺点,在一定程度上保证该方法同时具有较快的计算速度和较好的健壮性。采用ALE参考构形描写充填过程中的熔体质量运动及守恒,可在不频繁变动网格的前提下准确跟踪自由面。应用压力稳定型分步算法求解控制方程,可方便采用不满足Ladyzhenskaja-Babuska-Brezzi(LBB)条件的速度、压力的同低阶插值。进行两个典型算例的数值模拟,结果表明该方法相对于单一的有限元法和无网格法的优越性,以及对含自由面变质量体系流动问题数值模拟的有效性。     

刚塑性成形模拟中有限元和无网格迦辽金法的自动耦合算法

利用有限元法分析金属的刚塑性问题时,在变形的高梯度区域单元容易严重畸变,这极大地降低了分析精度.在刚塑性有限元方法的框架中,文中根据计算增量步的网格质量,提出金属刚塑性有限元和无网格迦辽金法的自动耦合算法,在单元严重畸变的区域转换为无网格迦辽金法进行计算.数值实例表明:算法在很大程度上既保持了有限元法的计算效率,又能够...     

无网格法在金属成形模拟分析中的应用

利用无网格再生核质点法对金属塑性变形过程进行模拟仿真分析,讨论了无网格法的研究进展,无网格PKPM技术的基本原理和方法,以及应用无网格法进行金属成形过程仿真分析的关键技术,并通过塑性材料数值分析实例,验证无网格法框架下进行金属成形过程模拟分析的可行性和有效性。     

一种预测板材成形回弹的新的自适应无网格法

先进高强钢成形后回弹严重影响成形件形状精度,为准确预测并控制回弹,提出一种新的多尺度无网格自适应分析方法,优化工艺参数,降低回弹提高成形精度。利用无网格形函数多尺度特性将应力、应变分解为高、低尺度分量,采用应力、应变高尺度分量表征应力、应变梯度;采取自适应分析技术在高梯度区加密无网格节点;在准确构建先进高强钢本构关系的基础上建立先进高强钢板材成形自适应无网格数值模型。针对先进高强钢U形弯曲进行无网格数值模拟,数值结果表明,所构建的无网格数值模型可准确预测先进高强钢成形后的回弹,有效提高先进高强钢成形质量。     

无网格法在金属成形塑性分析中的应用

比较了有限元法与无网格法在金属成形应用中的优缺点,分析描述了无网格法在金属弹塑性变形、金属体积成形、板料成形等金属成形加工方面的应用现状,并阐述了无网格法的不足、亟待继续深入解决的问题以及未来的展望.     

用随机无网格点插值法分析齿轮弯曲疲劳强度的可靠性

用摄动随机无网格点插值法（PSMPIM）分析了齿轮弯曲疲劳强度的可靠性。在无网格点插值法中，所求解问题的域由分布的节点表示；并且利用具有Delta函数性质的多项式进行节点插值，为此，很容易类似有限元法一样处理本质边界条件。同时利用摄动技术，建立了随机结构分析的摄动随机无网格点插值法。并应用随机无网格点插值法分析了齿轮弯曲疲劳强度的可靠性。数值实例表明在随机结构分析与可靠性计算方面随机无网格法具有明显的优势。     

无网格法的研究进展

对现有的无网格法（Meshless methods）进行了综述。描述了无网格法的近似方案、权函数的选择、变分形式和离散方程以及数值求解的实现。研究了无网格法对不连续问题和边界条件的处理、无网格法与有限元法的耦合。采用Element-free Galerkin（无网格伽辽金,EFG）方法编制了相应程序,并给出了两个计算例子。在现有研究的基础上提出了无网格法未来发展的几个方向。     

An adaptive procedure based on combining finite elements with meshless methods

This paper presents a new method for combining finite elements with meshless methods, which increases the accuracy of computational solutions in a coarse mesh by adding nodes in the domain of interest. The present method shares the features of the finite element and meshless methods such as (a) the meshless interpolation of the MLS type is employed; (b) integration domains are consistent with support domains; and (c) essential boundary conditions can be applied directly. In the present method, a ground mesh with triangular or quadrilateral elements is constructed to define polygonal support domains, and then additional nodes are placed arbitrarily in a domain without the reconstruction of a mesh. The method is very useful in an adaptive calculation, because nodes can be easily added or removed without any remeshing process. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Maenghyo Cho Hyun-Gyu Kim received his B.S. degree from Seoul National University in 1990. He then received M.S. and Ph.D. degrees from KAIST in 1993 and 1998, respectively. Dr. Kim is currently a Professor at the Department of Mechanical Engineering in Seoul National University of Technology, Korea. His research interests include multi-physics coupling analysis, interfacing non-matching meshes, development of special elements, and inverse problems.     

刚塑性无网格方法中体积闭锁问题的缓解算法

将无网格伽辽金方法引入金属塑性成形过程分析,在给出基于刚塑性理论的无网格伽辽金方法及其基本理论方程的基础上,重点研究应用无网格方法分析金属塑性成形问题时所面临体积闭锁问题的缓解算法,采用体积应变率映射方法,对能量速率泛函中的体积应变率进行修正处理,通过将速度场计算的体积应变率映射到低维空间,降低独立约束方程数目,从而建立体积闭锁现象的缓解算法。应用所建立的方法对典型锻造过程进行了无网格分析,结果表明,该算法能够有效解决体积闭锁问题。     

点插值无网格法在弹性力学中的应用

点插值法是一种新型的无网格法,它改善了其他无网格方法中形函数计算复杂、本质边界条件处理困难等问题.文中分析点插值法的计算原理,给出其在弹性问题中的应用,并与有限元法以及移动最小二乘法进行比较.结果表明,点插值法具有计算速度较快、精度较高以及本质边界处理相对简单等优点.     

ADAPTIVE RIGID-PLASTIC MESHLESS GALERKIN METHOD AND ITS APPLICATION IN ANALYSIS OF EXTRUSION PROCESSES

Under the hypothesis of the rigid-plastic material,specific efforts are placed on the deve-lopments of the key simulation techniques of the meshless Galerkin method because of the complexity of the deformation process as well as the generality and atomization of the simulation procedures for non-steady state large deformation plastic processes,therefore,an adaptive rigid meshless Galerkin method is developed. The influence domain control method is used in the least square approximation by dynamic evaluation of the magnitude of the influence domain and the effective control of the amount and the positions of the points in the least square approximation in order to improve approxi-mation precision. The amount of the Gauss integration points in the discrete domain is maintained in a considerable magnitude in order to ensure the integration precision in the discrete domain. The length of the frictional boundary of the plastic deformation process may be getting longer when its deforma-tion is getting severe. Thus,the densities of the boundary points of some places get lower. The adap-tive boundary points setting method is employed to improve the approximation precision of the boundary points and enhance the constraint of the boundary condition by adaptive control of boun-dary point density. Some typical extrusion processes are analyzed,detail simulation results such as the deformation field,velocity field,effective strain field,effective strain rate field,the volume loss curve and load-stroke curve are obtained. The effectiveness of the method developed is demonstrated and the precision of the meshless simulation is proved by overall comparison with the results obtained by using the commercial software deform.     

配点型无网格法及其迭代求解在导热微分方程中的应用

对配点型无网格法在求解导热微分方程中的应用进行研究,提出配点型无网格法的迭代求解算法,并同有限元法进行对比。结果表明,配点型无网格及其迭代方法易于编程实现,且精度与有限元法相当。采用迭代求解法甚至可以不用形成系数矩阵,求解逐点进行,占用内存空间少。选择适当的松弛因子,松弛迭代相对于 Gauss-Seidel迭代可减少迭代次数。研究表明配点型无网格法及其迭代求解方法在求解大规模工程问题时具有优势。     

无网格法在形状优化中的应用研究

建立了结构形状优化的数学模型，根据无网格法的离散策略定义了节点位移的设计速度域；引入Lagrange乘子法和罚函数来施加边界条件，借助直接微分法，分别建立了一种离散型的基于无网格Galerkin法的设计灵敏度分析算法；将建立的优化算法结合曲线描述方式对两个工程应用实例进行了形状优化研究，并与基于有限元优化的结果进行了比较，所得结果能够满足工程实际的需求。