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无网格伽辽金法精度分析与本质边界条件的处理

李海龙  
【摘要】:无网格伽辽金法(EFGM)最早由美国西北工业大学Belytschko教授于1994年提出。该方法部分地摆脱了网格的束缚,直接利用节点信息对求解域内任意一点的位移进行拟合,有效地处理了裂纹扩散、大变形、材料变相等一些利用有限元法不易处理的问题,表现出前处理方便、后处理简单、节点增减自由等一系列的突出优点,具有很好的发展前景。近年来,该方法经过不断地改进与完善,已经成为计算力学领域中十分热门的研究课题。 但是无网格伽辽金法目前还处于发展研究阶段,还存在着一些亟待解决的问题,比如说,计算精度偏低、本质边界条件处理困难和应用范围有限等。论文主要就是对上述这些问题进行讨论,通过研究、分析给出了一些改进的建议和方法。 论文首先阐述了无网格伽辽金法的产生历程与发展现状,给出了该方法基本组成要素的定义和构造原理,推导了无网格伽辽金法的计算过程。 其次,由于无网格伽辽金法基于移动最小二乘法(MLS)构造形函数,本质边界条件不能自然满足。论文在介绍、总结传统的本质边界条件处理方法的基础之上,又研究了变换法和耦合法,并通过算例验证了这些方法的可行性。 然后,鉴于计算精度一直是无网格伽辽金法关注的热点之一,论文借助于数值算例对可影响到无网格伽辽金法计算精度的各个要素进行研究,通过对计算结果的比较和分析,给出了一些提高无网格伽辽金法计算精度的改进方案和建议,并验证了这些方案的有效性。 最后,探索了无网格伽辽金法的应用领域,将其应用于力学场、电磁场和温度场等,以扩展其应用的范围。


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