瞬态热传导问题的隐式EBE并行算法

结合有限元法,研究了ＥＢＥ策略在热传导问题并行计算方面的应用,给出了瞬态热传导问题的隐式ＥＢＥ并行算法。根据所用ＣＰＵ个数并行计算单元刚度矩阵,而总刚度矩阵Ｋ不需要组装,仅在“单元级”上进行各种计算。就模型实验规模１０２４阶而言,机器存存储量比传统算法降低了４０％左右,在拥有共享内存的并行计算机Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ上的数值实验表明,问题的规模越大,并行效率越高,所给算法非常有效。     

有限元结构分析并行计算的若干研究进展

有限元结构分析并行处理在大规模科学与工程计算中占有重要地位，本文简要介绍作者在这一领域内的研究工作及其成果。涉及单元刚度矩阵的并行计算、有限元方程组的并行直接解法、有限元方程组的并行迭代解法、结构动力分析并行直接积分法、广义特征值问题的并行算法以及EBE（Element-By-Element）技术在有限元结构分析并行处理中的应用等研究领域。特别提出了“伪单元向量”与“单元分组技术”等概念与新方法；首先考虑了矩阵向量积的多自由度问题；系统、深入而又全面地研究了EBE策略在结构分析并行处理中的应用，填补了国内空白并突破了国际现有成果。     

大型结构特征值问题的并行EBE－子空间迭代法

本文利用ＥＢＥ策略和预处理共轭梯度法（ＰＣＧ法），将广义特征值问题子空间迭代法中各步的计算都单元化，从而避免了总刚度和总质量矩阵的组集，大大节省了存储量。由此建立的ＥＢＥ－子空间迭代法尤其适宜于并行计算。在银河－２机上的数值算例结果表明，无论是串行，还是并行计算，该方法都能有效提高计算速度。如对模型问题，若网格取４８０，则在串行计算时，ＥＢＥ计算途径较传统的总体计算途径的速度提高倍数达３．２７，而在挂用４个处理机进行并行计算时的ＥＢＥ－子空间迭代法较串行的总体计算途径的速度提高倍数可达１１．４。总之，该方法为一种有效的大型结构动力分析问题的求解方法。     

Dynamical Model Updating Based on Modal Tests with Changed Structure

A new approach to modifying the stiffness and mass matrices of finite element models is presented to improve the calculation precision. By measuring the mode frequencies and shapes of both of the original and the new structures with changed stiffness and mass, the stiffness and mass matrices of the finite element model can be updated through matrices calculation and solving algebra equations. Taking a multi-freedom model as an example, the relation between the number of the modes and the correction precision of stiffness and mass matrix elements is researched. The facility and precision of the method are totally confirmed especially when the modeling error is known limited to a definite local range. The feasibility of the approach is proven by an effective engineering application to the model updating of a wing piece used in flutter test.     

矩形薄板线弹性变曲的一般解析解

基于Kirchhoff薄板理论，从板的控制微分方程出发，得到了双以前文献中的更加完全的解函数，因此能够求解更多的不同边界条件矩形板问题。本文求争三边固定一边自由矩形板和两对边固定两对边自由矩形板， 并同有限元结果可进行比较。     

凸轮弹性连杆复合机构的动力学修改

本文以胶印机递纸机构为研究对象,该机构为一两自由度凸轮连杆复合机构。在建立该机构运动弹性动力学（ＫＥＤ）有限元分析模型和现场袂测固有频率的基础上,提出了一种利用实 固有频率数据修正复合机构有限元动力模型的方法。其基本思想是利用机构各个运动位置上的固有频率实测值与有限元模型的计算值之间的加权误差建立目标函数,然后利用优化方法使目标函数极小化,从而求出有限元模型参数的修正值。计算结果表明该方法是简便有     

一种计算复合材料层合板面外应力的新型线性分析方法

复合材料层合板壳结构的面外应力对于层间分层的起始和扩展具有重要意义。首先简要地给出了经典的非协调位移有限元列式,然后基于修正的H-R变分原理导出了单元面外应力变量与位移变量的关系。面外应力的有限元线性系统为面外应力边界条件的引入提供了方便。同时,通过该线性系统可直接获得节点上唯一且连续的面外应力结果。与非协调位移有限元的结果比较,本文的方法可明显地提高数值结果的精度,且计算效率及资源要求均优于非协调辛元法和非协调广义混合元法。     

随机有限元方程一般式的两种推导方法

８０年代初发展起来的随限元法是解决随机问题强有力的数值分析工具，如随机动力学、随机场及结构强度的可靠性等等问题，本文从有限元基本方程出发，分别采用对有限元方程按Ｔａｙｌｏｒ级数展开和对有限元方程求偏导数等方法。推导了随机有限元基本方程的一般式，并用数学归纳法证明了上述两种方法推导结果的与等效性，本文研究表明，Ｔａｙｌｏｒ级数展开法推导，数学意义明确，但推导过程较为复杂；而按求偏导数法，数学意义不够     

面向网络机群系统的结构有限元并行分析

提出了基于网络机群的有限元并行分析方法,结合网络机群体系的特点,分析了这一方法所应具有的基本特点:分布式并行建模;子区域间计算任务弱相关;节点负载平衡。在自建的网络并行平台上,实现了无重叠区域分解直接算法的并行处理,并进行了算例验证。     

整体式盒式应变天平有限元设计

为了满足大飞机的测力试验要求,应用CATIA软件建立整体式盒式应变天平的虚拟样机,以该软件的有限元功能分析了该天平的静力学、贴片梁的微应变及模态,得出了天平在给定载荷下的应力和模态振型。静态标定结果表明有限元方法比传统计算方法的结果更可靠,同时说明了CATIA作为参数化设计及分析的一体化软件应用于天平的设计可在设计阶段降低天平的线性与非线性干扰,分析与设计效率得到了较大的提高。     

温度载荷对壁板动力学特性的影响

提出了一种新的结构热应力、热模态求解方法。采用多变量有限元方法进行几何非线性单元列式,将温度的影响转化成热载荷进行静力学非线性有限元分析得到结构内部热应力,然后计算受热应力影响的结构非线性热刚度矩阵。由热刚度矩阵和质量矩阵进行广义特征值分析得到结构的热模态及其模态频率。最后,给出了热屈曲的计算方法。针对典型壁板结构计算了热应力和热模态,计算结果与Nastran相差在10%以内,分析了热应力对壁板结构动力学特性的影响。     

非定常欠膨胀射流的间断有限元模拟

采用间断有限元方法对非定常欠膨胀射流进行了数值模拟,将二维守恒方程的间断有限元方法发展到轴对称Euler方程,对欠膨胀射流问题进行了数值计算。计算结果表明,采用间断有限元方法能够有效地捕捉到包括激波、滑移线、涡环和多级马赫盘等复杂流场结构,与实验照片反映的流动特征吻合较好。此外,两个马赫盘的位置与其他数值结果和实验测量结果吻合很好,表明该方法具有很好的鲁棒性,对非定常欠膨胀燃气射流的数值模拟是有效的。     

解线性方程组的广义共轭梯度法的一种推广

解线性方程的广义共轭梯度法可以看成是一种Ｋｒｙｌｏｖ子空间的方法。本文从这点出发给出了ＧＣＧ法的一种推广。新方法所求得的近解能使得残量范数在相应的Ｋｒｙｌｏｖ子空间上取得最小值。在处理对称正定问题时,它等价于共轭残量法。但由于迭代过程中不再产生和存储Ａ－共轭向量,方法的实现更为简单。     

弹尾超声速轴对称喷流的正格式数值模拟(英文)

采用二阶正格式方法对超声速轴对称喷流流动进行数值模拟。将二维守恒方程的正格式方法发展到轴对称Euler方程组的求解,并对导弹尾部超声速伴随射流进行了数值计算。数值结果与实验照片所反映的流动特征吻合较好,与三阶精度间断有限元方法计算结果吻合,相比于二阶高分辨率TVD格式的计算结果,正格式方法的计算结果在间断点处具有较大的梯度变化。这表明该方法对激波具有较强的捕捉能力,在间断处不会出现数值振荡,对弹尾声音速伴随射流的数值模拟真实、有效。     

SSOR预处理技术在二维电磁特性TDFEM分析中的应用

将对称超松弛(Symmetric successive over-re laxation,SSOR)预处理的共轭梯度法(Con jugate-gradient,CG)和双共轭梯度法(BICG)应用于时域有限元方法(Time doma in finitee lemen tmethod,TDFEM)中,研究了CG,SSOR-PCG,B ICG以及SSOR-PB ICG的收敛特性。数值结果表明,通过SSOR预处理技术,TDFEM的计算效率可以提高数倍,从而证明了所给方法的高效性。     

求解广义特征值问题的并行保域多分法

近年来，随着并行机的发展，提出了代数特征值问题的并行多分法，但国内外的研究工作迄今仅限于对称三对角矩阵的标准特征值问题。在科学与工程众多领域内有着重要应用的广义特征值问题的多分法，因难度大等方面原因尚无人研究。本文提出广义特征值问题的并行保域多分法，该算法适用于大型稀疏实对称矩阵广义特征值问题的求解，它克服了传统的广义特征值问题的对分法（行列式查找法）出现的漏根或迭代不收敛等缺点，并保持其优点。作者在ＹＨ－１向量机上对这一算法进行了数值实验，并与并行保域行列式查找法作了比较。数值结果表明，该算法具有较高的加速比，当系统自由度为２１１４、求解特征对个数为３时，加速比可达７．７；且当问题规模较大时，并行保域多分法优于并行保域行列式查找法。     

最小二乘和奇异值分解法在边界元法中的应用

采用最小二乘与奇异值分解结合的方法，给出求解系数矩阵不满秩的线性代数方程组的数值方法，进而将此方法应用于边界无法中，处理给定外力的第一边值问题，特别地用于处理给定外力的三维裂纹问题。此外，本文还给出求解三维有限体裂纹问题的超奇异积分方程组，并使用有限部积分与边界元法为其建立了数值法。最后计算了若于典型例子的应力强度因子，数值结果与现有文献的相比，符合很好。     

微分求积单元法分析变曲率井内受径向约束管柱的非线性屈曲

基于Love的空间弯扭杆平衡方程,通过引入井壁约束条件导出了平面变曲率井内受径向约束管柱的平衡方程。采用微分求积单元和增量迭代法求解了曲率线性变化的井内管柱的非线性屈曲问题,通过与有限元计算结果的对比验证了所构建方法和编写程序的正确性,而且还表明微分求积单元法有方法简单、易于实施,计算量少、精度较高等优点。计算结果表明,等曲率井内管柱屈曲的临界载荷明显大于曲率线性变化井内管柱屈曲的临界载荷,另外,变曲率井眼的曲率变化对管柱弯矩、井壁约束力有显著的影响。     

基于径向基神经网络的有限元模型修正研究

设计参数型有限元模型修正属于结构动力学反问题，其理论基础是将结构的特征量视为设计参数的函数。然后依据特征量对设计参数的一阶导数信息进行迭代求解。本文提出了一种基于径向基神经网络的有限元模型修正方法，把模型修正归结为正问题进行研究。首先将特征量视为自变量．设计参数视为因变量，以径向基神经网络逼近两者之间的非线性映射关系，然后利用神经网络的泛化特性直接求解设计参数的目标值。不但无需迭代求解，而且避开了反问题所面临的复杂的非线性优化计算。GARTEUR飞机模型仿真研究的结果表明．修正后设计参数误差在2％以内，模态频率误差在1％以内。     

基于CG法刚架结构位移参数的动态Bayes随机估计

在刚架结构随机有限元方程的基础上,首次建立了刚架结构位移参数的动态Bayes误差函数,推导了相应的动态Bayes均值和方差表达式,提出多维参数估计步长的一维自动寻优方案后,结合CG法研究了刚架结构位移参数的动态Bayes随机估计方法,同时给出了刚架结构位移参数具体估计步骤。研究表明,动态Bayes随机估计方法能有效地动态估计刚架结构位移参数,具有迭代次数少、计算精度高、收敛速度快的优点,且能同时进行多参数估计;刚架结构位移参数的收敛性依赖于位移参数先验信息的准确性;动态Bayes方法也可用于其他位移参数的动态识别。