四边形单元面积坐标的微分和积分公式

构造四边形单元时，应用面积坐标方法有其优点。文献［１］系统地论述了四边形单元面积坐标理论，本文是文献［１］的续篇，补充论述采用四边形单元面积坐标时的微分和积分公式。采用三角形单元面积坐标时的微分和积分公式是其特殊情况。应用面积坐标方法时，易于得出四边形单元刚度矩阵的积分显式，无需依赖于数值积分，这个优点是采用四边形等参坐标时所不具备的。     

含两个分量的四边形单元面积坐标理论

为了便于构造抗畸变的四边形单元,建立了一套新的四边形单元面积坐标理论(QAC-2),并给出了相关的积分和微分公式。该坐标系作为自然坐标,具有明确的物理意义,且只含有两个相互独立的坐标分量,因此易于实现与直角坐标和等参坐标的沟通,便于理解和应用;两个坐标分量与直角坐标之间满足线性变换,在构造单元时易于选择完备的多项式序列,且多项式的完备次数不会随着网格的畸变而下降,因此可以保证单元的精度和抗畸变性能。     

四边形单元第三类面积坐标系统

四边形单元面积坐标系统的两种型式(QAC-Ⅰ和QAC-Ⅱ)已被建立.QAC-Ⅰ含四个坐标分量(L1,L2,L3,L4),其中只有两个是独立分量.QAC-Ⅱ只含两个独立的坐标分量(Z1,Z2).这些面积坐标系统为建立对网格畸变不敏感的新型四边形单元提供理论基础.该文系统地建立了具有两个坐标分量(T1,T2)的四边形单元第三类面积坐标系统(QAC-Ⅱ).这个新的QAC-Ⅲ系统不仅保留了QAC-Ⅰ和QAC-Ⅱ的丰要优点,而且具有其他一些优异特性:1)它是自然坐标;2)它与直角坐标系统保持线性关系;3)它只含两个坐标分量;4)由它导出的形函数具有比较简洁的形式;5)它可以直接地推广应用于曲边单元;6)采用三类系统Ⅰ、系统Ⅱ、系统Ⅲ的混合形式常可以导出优化的结果.     

采用面积坐标的四边形板弯曲单元

本文采用四边形面积坐标，并应用广义协调法构造出一个具有１２个自由度的四边形板弯曲单元。单元的挠度场以面积坐标多项式表示，对应于直角坐标ｘ，ｙ的完全三次式和部分四次式，因而单元是完备的广义协调的板单元。应用的１２个协调条件为挠度的四个点协调条件和四个边协调条件，以及法向转角的四个边协调条件。由于面积坐标和直角坐标之间为线性变换关系，因此单元刚度矩阵的推导相当简单。数值算例表明：本文单元具有高精度、收敛性、可靠性和对网格畸变不敏感的优点     

两个采用面积坐标的四边形八结点膜元

本文采用文献（１）和（２）提出的四边形面积坐标法，并应用广义协调的概念，构造了两个新型四边形八结点膜元，数值算例表明：本文所提出的单元具有良好的性态，尤其当网络畸变时，单元依然保持良好的精度，其性能优于通常的八结点等参单元。     

采用面积坐标的四边形二次膜元

文献［１］［２］建立了四边形单元的面积坐标体系，本文在此基础上，利用优选的广义协调条件，构造了两个广义协调四边形单元，算例表明这两个单元是收敛的，可靠的。     

基于四边形面积坐标的四边形单元

文献建立了四边形单元的面积坐标系。本文在此基础上，利用边广义协调条件，构造了两个广义协调四边形单元，算例表明，它们是收敛的、可靠的。     

混合应用三类四边形面积坐标构造八结点四边形膜元

三类四边形面积坐标已先后提出。如果对三类面积坐标加以混合应用,这将使构造四边形单元的工作更加灵活多样,具有更加广阔的优选空间。该文混合应用三类四边形面积坐标构造一个8结点四边形膜元。新单元具有如下优点:1)新单元具有优异性能,特别是对网格畸变不敏感,优于8结点等参元,显示出三类四边形面积坐标的共同优点;2)新单元的推导过程和主要列式都非常简洁。这是由于巧妙地混合应用三类面积坐标并进行优选而取得的结果。     

基于四边形面积坐标的广义协调轴对称单元

利用了点组合广义协调和周广义协调条件,基于四边形面积坐标方法构造了含内参的4结点四边形空间轴对称单元AQACQ6。通过进一步对内参应变矩阵进行合理修正,从而形成新单元AQACQ6M,该单元能够通过强式分片检验。两种单元的位移场都达到对整体坐标的二次完备。数值算例表明:上述轴对称单元不仅精度高,而且抗网格畸变和几乎不可压缩问题能力优于等参单元,显示了面积坐标和广义协调理论的优越性。     

采用面积坐标方法和形函数谱方法构造四边形薄板元

构造一个四边形薄板元,其构造方法有两个特点:1)采用四边形面积坐标方法以代替等参元坐标方法,从而使单元对网格畸变不敏感。2)采用形函数谱方法从已知的膜元推导出新的薄板元,换言之,利用已知的膜元形函数(低阶形函数)来导出待求的薄板元形函数(高阶形函数),此法的要点是:形函数谱是由低阶和高阶形函数所组成,而高阶形函数则是对低阶形函数加以升阶而导出。此法的优点是:使新单元的推导过程大为简化,而且导出的高阶形函数也非常简洁。     

面积坐标法构造含转角自由度的四结点膜元

以四边形面积坐标作为工具,构造了两个含转角自由度的广义协调四边形单元AQ4和lAQ4。它们通过强式分片检验,与同类单元相比,具有很高的计算精度,能消除梯形闭锁现象,有很强的抗网格畸变的能力。     

对转角场和剪应变场进行合理插值的厚薄板通用四边形单元

本文提出构造厚薄板通用四边形单元的一种合理方法：先按Timoshenko厚梁理论导出单元各边的转角和剪应变公式,然后进行合理插值,导出单元的转角场、曲率场和剪应变场。当板的厚度变小时,厚梁理论自动退化为薄梁理论,各边剪应变以及单元剪应变插值函数自动退化为零,厚板单元自动退化为薄板单元,彻底消除了剪切闭锁现象。此单元对厚板和薄板都给出了高精度的结果。     

带转角自由度的四边形六面体单元

本文提出了三个带转角自由度单元，其中一个平面四边形单元，两个空间六面体单元。对平面单元每个结点有两个线位移自由度、一个转角自由度；对空间单元，每个结点有三个线位移自由度、三个转角自由度。这些单元列式简单，其中两个无多余零能模式，数值计算表明，它们的计算精度高。     

下限问题中基于四边形单元平衡方程的边界积分法

相对于三角形单元的下限分析,基于四边形单元的下限分析具有更高的精度和求解效率。该文利用格林公式把平衡方程的弱形式化为边界积分,从而得到简洁的线性方程,取代了以往的数值积分方案,克服了高斯积分中坐标变换等复杂的求解过程。此外还对应力连续性方程进行了简化。该积分方案不仅大大简化了计算,而且更易于编程实现。算例表明该文方法具有较高的精度。     

GENERALIZED 3-D PAVING: AN AUTOMATED QUADRILATERAL SURFACE MESH GENERATION ALGORITHM

This paper discusses the extension of the paving algorithm for all quadrilateral mesh generation to arbitrary three-dimensional trimmed surfaces. Methods of calculating angles, projecting elements, and detecting collisions between paving boundaries, for general surfaces are presented. Extensions of the smoothing algorithms for three dimensions are set forth. Advances in the use of scalar sizing functions are presented. These functions can be used to better approximate internal mesh density from boundary densities and surface characteristics.