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建立基于浸入边界有限元法的三维静脉瓣流固耦合数值模型 被引量:4
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作者 汪波 韩阳 齐楠 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期40-45,共6页
目的 探究静脉内血液与瓣膜之间的流固耦合动态过程和保证血液单向回流的生理机制。方法 基于浸入边界有限元法,结合人体下肢静脉医学图像及牛大隐静脉的解剖结构和尺寸,采用超弹性本构模型描述静脉瓣膜在生理条件下不可压缩、非线性和... 目的 探究静脉内血液与瓣膜之间的流固耦合动态过程和保证血液单向回流的生理机制。方法 基于浸入边界有限元法,结合人体下肢静脉医学图像及牛大隐静脉的解剖结构和尺寸,采用超弹性本构模型描述静脉瓣膜在生理条件下不可压缩、非线性和超弹性力学响应,构建静脉血管和静脉瓣膜的三维数值模型。结果 研究结果可视化地展示静脉动态运输血液的过程以及静脉瓣膜防止反流的功能机制,再现静脉内瓣膜运动和血液流动的周期性特点,讨论和量化了整个心动周期内的重要生理数据,包括静脉内血液的压力、流速和流量以及静脉瓣膜的开口面积、静脉瓣膜表面的应力和应变分布等。结论 三维流固耦合模型可数值再现静脉内生理动态过程,为进一步揭示静脉疾病相关机制提供重要的参考和指导意义。 展开更多
关键词 流固耦合 静脉瓣膜 浸入边界 有限元分析 三维模型
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基于改进四叉树和比例边界有限元法的自适应设计域拓扑优化方法 被引量:3
2
作者 王浩 王江北 +1 位作者 罗浩东 王立文 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期904-915,927,共13页
针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)在优化后结构边界处求解精度低的问题,提出了一种基于SIMP法的自适应设计域(ADD)拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中,通过自动划分不同等级的网格单... 针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)在优化后结构边界处求解精度低的问题,提出了一种基于SIMP法的自适应设计域(ADD)拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中,通过自动划分不同等级的网格单元来减少网格数量、减轻计算负担并提高边界处求解精度;采用比例边界有限元法(SBFEM)实时计算划分后结构的有限元信息,解决了不同等级网格间悬挂节点的问题。所提方法可在初始网格相对较少的情况下得到更加精确的结果,大幅度地降低了计算成本。数值算例结果表明,所提方法在最终结构边界处精度相同的情况下,计算时间最快可缩短为原来的1/100,可以为后续降低大型结构拓扑优化的计算成本提供参考。 展开更多
关键词 拓扑优化 改进四叉树 比例边界有限元 网格自适应
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利用直接边界元/有限元耦合法分析具有夹层流体的水下航行器的振动特性 被引量:2
3
作者 章艺 张丹才 +1 位作者 童宗鹏 华宏星 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第z2期953-957,共5页
利用直接边界元法/有限元耦合法分析具有夹层流体的水下航行器的振动特性:(1)利用有限元方法得到模型在空气中的"干"模态参数;(2)根据上一步的结果,利用直接边界元/有限元的耦合方法得到模型浸没在流体中的"湿"模... 利用直接边界元法/有限元耦合法分析具有夹层流体的水下航行器的振动特性:(1)利用有限元方法得到模型在空气中的"干"模态参数;(2)根据上一步的结果,利用直接边界元/有限元的耦合方法得到模型浸没在流体中的"湿"模态参数.利用该方法计算了带有舵翼结构的水下航行器尾部结构模型的动态特性.并且对不同的计算方法进行了比较,结果表明本方法可以大大减少数值计算的工作量,提高计算精度. 展开更多
关键词 振动 直接边界元法和有限元耦合法 声辐射
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基于浸入边界-有限元法的流固耦合碰撞数值模拟方法 被引量:9
4
作者 杨明 刘巨保 +2 位作者 岳欠杯 丁宇奇 姚利明 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2019年第8期880-892,共13页
针对流固耦合碰撞问题,建立了流体中固体与固体碰撞界面解析直接模拟方法,采用清晰界面浸入边界法模拟流体中的动边界问题,避免了传统贴体网格方法在求解流体中存在固体间碰撞问题时网格出现负体积的问题,采用基于罚函数的有限元方法对... 针对流固耦合碰撞问题,建立了流体中固体与固体碰撞界面解析直接模拟方法,采用清晰界面浸入边界法模拟流体中的动边界问题,避免了传统贴体网格方法在求解流体中存在固体间碰撞问题时网格出现负体积的问题,采用基于罚函数的有限元方法对固体的运动和碰撞进行求解,以分域耦合方式实现流体域和固体域的耦合求解.通过与静止流体中球形颗粒与壁面正碰撞和斜碰撞的实验数据对比,验证了建立的数值模拟方法对流体中固体与固体碰撞数值模拟的正确性,获得了流体域流场在碰撞前后随时间的变化,同时通过该文建立的数值模拟方法也获得了固体域中固体的碰撞力和应力.未来,将把该数值模拟方法应用到流体流动环境中,如固体颗粒对管道的冲蚀、流体诱导海洋立管之间的碰撞、坠物对海底管道的撞击等. 展开更多
关键词 浸入边界 有限元 分域流固耦合 碰撞
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面向DCU的流固耦合浸没边界算法异构实现
5
作者 商建东 熊威 +3 位作者 华浩波 宋昭璐 郭恒亮 张军 《计算机工程》 北大核心 2025年第7期263-274,共12页
直接力浸没边界法是求解流固耦合问题的常见方法之一,其可以有效地处理复杂的几何形状,包括移动和变形的固体。然而,三维复杂流动模拟具有网格规模大、耗时多的特点,在单核处理器上使用传统的串行算法往往无法满足计算要求。目前,在国... 直接力浸没边界法是求解流固耦合问题的常见方法之一,其可以有效地处理复杂的几何形状,包括移动和变形的固体。然而,三维复杂流动模拟具有网格规模大、耗时多的特点,在单核处理器上使用传统的串行算法往往无法满足计算要求。目前,在国产平台上对流固耦合问题的研究较少,而在国产平台上实现直接力浸没边界算法能够丰富平台的应用生态。为此,使用国产DCU(Deep Compute Unit)加速器,基于CPU-DCU异构编程,设计并实现利用三维直接力浸没边界算法求解流固耦合问题的并行程序。首先,在CPU上实现串行算法并进行热点分析,对程序热点部分使用DCU加速器进行异构加速;其次,在异构实现的基础上,结合DCU硬件特性,使用共享内存、循环分块、调整访存顺序等优化手段对核函数进行优化;最后,通过圆球绕流和仿生鱼自主游动算例对程序进行正确性验证和性能测试。实验结果表明,在雷诺数分别为100和200时,圆球的阻力系数分别为1.11和0.78,计算结果均与相关文献吻合;在雷诺数为7142的仿生鱼自主游动实验中,游动稳定后的平均前进速度为0.396,该结果与相关文献结果一致。在圆球绕流实验中,在5033万网格规模下该并行程序较串行程序获得了83.7倍的加速效果。通过两类流固耦合数值实验,验证了CPU-DCU并行直接力浸没边界算法在国产异构平台上进行计算的有效性和准确性,这为国产平台上CFD(Computational Fluid Dynamics)算法的研究提供了坚实基础。 展开更多
关键词 异构计算 DCU加速器件 访存优化 直接力浸没边界 流固耦合
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有限元–边界元耦合法在运动导体涡流场中的应用 被引量:9
6
作者 刘守豹 阮江军 +2 位作者 张宇 杜志叶 黄道春 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第9期123-128,共6页
基于A,φ-A法和库伦规范,推导了导体区域和非导体区域的有限元方程及自由空间的边界元方程,通过引入交界面条件,实现了将边界元矩阵等效为有限元矩阵求解的有限元-边界元耦合法(finite element and boundary element coupling method,FE... 基于A,φ-A法和库伦规范,推导了导体区域和非导体区域的有限元方程及自由空间的边界元方程,通过引入交界面条件,实现了将边界元矩阵等效为有限元矩阵求解的有限元-边界元耦合法(finite element and boundary element coupling method,FE-BECM)。将FE-BECM应用于TEAM-7问题的计算,验证了该方法处理开域涡流问题的有效性。当FE-BECM应用于运动导体涡流场(moving conductor eddy current,MCEC)问题时,用有限元离散源电流区域和运动部件,用边界元离散自由空间并关联相互独立的有限元区域。该方法克服了常规有限元法使用1套网格处理运动问题所遇到的麻烦。使用有限元-边界元耦合法对单级线圈炮问题进行了计算,验证了算法处理运动导体涡流场问题的有效性。 展开更多
关键词 有限元 边界元法 有限元-边界耦合 运动导体涡流场
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有限元—边界元耦合法在3维开域涡流场中的应用 被引量:6
7
作者 刘守豹 阮江军 +1 位作者 杜志叶 黄道春 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期655-660,共6页
基于A、φ-A法和库伦规范,推导了导体区域和非导体区域的有限元方程及自由空间的边界元方程,通过引入交界面条件,实现了将边界元矩阵等效为有限元矩阵求解的有限元—边界元耦合法。分别使用单纯有限元和有限元—边界元耦合法对TEAM 7问... 基于A、φ-A法和库伦规范,推导了导体区域和非导体区域的有限元方程及自由空间的边界元方程,通过引入交界面条件,实现了将边界元矩阵等效为有限元矩阵求解的有限元—边界元耦合法。分别使用单纯有限元和有限元—边界元耦合法对TEAM 7问题进行了计算,通过对比3种有限元模型的计算结果指出了截断边界和远场单元在处理开域问题上的缺陷。为了探讨有限元—边界元耦合法的建模方式,根据包裹空气层的不同建立了3种模型并进行了对比分析。通过对数值仿真结果和实测数据进行对比,证明了有限元—边界元耦合法在处理3维开域涡流场问题上的有效性。 展开更多
关键词 开域 3维涡流场 有限元 边界元法 有限元边界耦合 截断边界 远场单元
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三维瞬态涡流场的全 H 棱边有限元边界元耦合算法研究 被引量:8
8
作者 阮江军 陈贤珍 周克定 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 1997年第5期45-48,25,共5页
提出了求解三维瞬态涡流场的一种新方法———全H棱边有限元边界元耦合法。即在涡流区以磁场强度H为求解变量用棱边有限元法离散,在非涡流区以H为求解变量用棱边边界元法离散,在这两个区域的交界面上进行耦合,充分发挥了有限元法... 提出了求解三维瞬态涡流场的一种新方法———全H棱边有限元边界元耦合法。即在涡流区以磁场强度H为求解变量用棱边有限元法离散,在非涡流区以H为求解变量用棱边边界元法离散,在这两个区域的交界面上进行耦合,充分发挥了有限元法和边界元法的各自优点。棱边元的应用使两种方法在交界面上的耦合显得很简单,最后用这种方法计算了TEAMWORKSHOP问题7,计算结果符合实测情况。 展开更多
关键词 有限元 边界元法 耦合 三维瞬态涡流场
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用耦合有限元/边界元方法研究加筋板的声传输 被引量:11
9
作者 黎胜 赵德有 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2001年第3期364-367,共4页
采用耦合的有限元 /边界元方法 ,建立了考虑流体结构耦合的加筋板结构声传输计算模型 ,并利用该模型计算研究了加筋板的声传输特性。数值计算表明 :结构的传声损失与结构的固有频率和激励频率密切相关 ,避免共振仍是首要的 ;改变板厚或... 采用耦合的有限元 /边界元方法 ,建立了考虑流体结构耦合的加筋板结构声传输计算模型 ,并利用该模型计算研究了加筋板的声传输特性。数值计算表明 :结构的传声损失与结构的固有频率和激励频率密切相关 ,避免共振仍是首要的 ;改变板厚或肋骨惯性矩后 ,由于结构固有频率发生了变化会使得结构传声损失曲线上极小值的位置发生改变 ;当声波从空气经结构向空气中传递时 ,增大板厚或肋骨惯性矩可明显增大结构的传声损失 ;而当声波从空气经结构向水中传递时 ,增大板厚或肋骨惯性矩也增大了结构的传声损失 ,但效果明显不如当声波从空气经结构向空气中传递时显著。 展开更多
关键词 传声损失 有限元 边界元法 流体-结构耦合 加筋板结构 声传输 振动控制
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混合边界油藏压力分布的有限元法模拟 被引量:5
10
作者 刘振宇 刘洋 吴英 《燕山大学学报》 CAS 2003年第1期74-78,共5页
建立了稳定渗条件下的有限元方程,针对定边界和封闭边界混合作用下的渗流问题进行了模拟计算,给出了圆形地层和矩形地层在以上条件下的压力分布,结果表明,混合油藏外边界将产生复杂的地层压力分布,压力分布随地层方位的不同而不同,同时... 建立了稳定渗条件下的有限元方程,针对定边界和封闭边界混合作用下的渗流问题进行了模拟计算,给出了圆形地层和矩形地层在以上条件下的压力分布,结果表明,混合油藏外边界将产生复杂的地层压力分布,压力分布随地层方位的不同而不同,同时说明,有限元法用于求解复杂边界条件的渗流问题是方便有效的。 展开更多
关键词 油藏 压力分布 渗流 有限元 GALERKIN 定压边界 封闭边界 混合边界
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饱和土体固结3D比例边界有限元法分析 被引量:4
11
作者 徐斌 徐满清 王建华 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期8-16,共9页
基于饱和土体Biot固结理论,考虑土体体力与表面作用力,结合饱和土体中土骨架动力平衡方程与孔隙流体的连续方程,在计算域内采用Galerkin加权余量法,推导了3D无限、有限域全耦合饱和土体固结的比例边界有限元方程.理论推导表明:与单相弹... 基于饱和土体Biot固结理论,考虑土体体力与表面作用力,结合饱和土体中土骨架动力平衡方程与孔隙流体的连续方程,在计算域内采用Galerkin加权余量法,推导了3D无限、有限域全耦合饱和土体固结的比例边界有限元方程.理论推导表明:与单相弹性土体不同的是,由于孔隙水的存在,饱和土体固结比例边界有限元法方程中不仅有位移、应力矩阵,而且还存在孔隙水压力的影响耦合矩阵;该方程不仅能够满足无限域无穷远边界辐射条件,而且在径向(与饱和土体-结构接触面垂直方向,指向无限远)上具有严格的精确性,环向上(与饱和土体-结构接触面平行方向)具有有限元单元无限收敛的准确性. 展开更多
关键词 3D全耦合饱和土体 Galerkin加权余量 比例边界有限元 Biot饱和土动力固结
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边界元有限元耦合法解桩土相互作用问题 被引量:2
12
作者 邓利民 卢玲 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 2000年第1期29-31,共3页
对于桩、土相互作用问题采用了边界元、有限元的耦合法求解。将桩视为三维弹性体,用有限元法分析,建立桩在Laplace空间的有限元频域方程并进行离散。将土介质视为半无限弹性体,采用半无限域动力基本解在 Laplace空间... 对于桩、土相互作用问题采用了边界元、有限元的耦合法求解。将桩视为三维弹性体,用有限元法分析,建立桩在Laplace空间的有限元频域方程并进行离散。将土介质视为半无限弹性体,采用半无限域动力基本解在 Laplace空间建立频域边界积分方程并进行离散.应用桩、上交界面处的位移相容和力的平衡条件,耦合建立代数方程组,求得 Laplace空间的位移的应力,应用数值反演方法求得时域的解. 展开更多
关键词 边界元法 有限元 耦合 桩土相互作用 弹性体
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用时域有限元边界元耦合法计算三维瞬态涡流场 被引量:10
13
作者 幸玲玲 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第19期131-134,共4页
文中首次应用时域有限元-边界元耦合法(T-FEBEM) 研究了涡流检测中有限厚平板导体中含有窄裂缝时的瞬态涡流场。采用伽辽金加权余量法,推导出A-φ位函数的时域有限元-边界元耦合算法,讨论了确定时间步长的基本方法, 用不完全分解共轭梯... 文中首次应用时域有限元-边界元耦合法(T-FEBEM) 研究了涡流检测中有限厚平板导体中含有窄裂缝时的瞬态涡流场。采用伽辽金加权余量法,推导出A-φ位函数的时域有限元-边界元耦合算法,讨论了确定时间步长的基本方法, 用不完全分解共轭梯度法(ICCG)求解线性方程组。研究了平板导体中不同深度裂缝的时域响应,并与频域有限元- 边界元耦合法(FEBEM)和付里叶变换方法所得结果进行了对比。计算结果表明,时域有限元-边界元耦合法效率更高,是一种求解瞬态开域涡流场的有效方法。 展开更多
关键词 涡流检测 瞬态涡流场 有限元-边界耦合 付里叶变换方
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一种适用于岩土力学无界域的有限元与边界元耦合法的具体实现 被引量:1
14
作者 高华林 方祖烈 《岩土力学》 EI CSCD 1996年第4期35-40,共6页
针对有限元与边界元耦合法在岩土力学无异域中应用的具体实现问题进行了研究,提出了在微机上实现的具体措施和需建立的程序模块,将有限元与边界元耦合法计算结果、有限元计算结果与理论解析解进行了比较。
关键词 有限元 边界元法 无界域 耦合 岩土力学
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土、结构相互作用问题的边界元、有限元耦合法 被引量:5
15
作者 刘兴业 《振动工程学报》 EI CSCD 1994年第1期45-48,共4页
本文简要介绍了土、结构相互作用边界元、有限元耦合法的发展;着重对近年来应用边界元、有限元耦合法解动力相互作用问题的代表性的研究工作做了介绍,对边界元、有限元耦合法的几个问题的进展进行了综合评述,最后提出了作者对几个问... 本文简要介绍了土、结构相互作用边界元、有限元耦合法的发展;着重对近年来应用边界元、有限元耦合法解动力相互作用问题的代表性的研究工作做了介绍,对边界元、有限元耦合法的几个问题的进展进行了综合评述,最后提出了作者对几个问题的见解。 展开更多
关键词 土动力学 边界 有限元耦合
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金属增材制造的多物理场物质点有限元法 被引量:1
16
作者 李明健 陈嘉伟 廉艳平 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期808-815,共8页
金属增材制造过程涉及复杂的热-流-固强耦合问题,对数值模拟算法的精度和效率提出了巨大的挑战。针对该问题,本文提出了多物理场物质点有限元法。该方法采用结构化背景网格、有限单元和物质点离散求解各物理场,通过分区求解和界面耦合... 金属增材制造过程涉及复杂的热-流-固强耦合问题,对数值模拟算法的精度和效率提出了巨大的挑战。针对该问题,本文提出了多物理场物质点有限元法。该方法采用结构化背景网格、有限单元和物质点离散求解各物理场,通过分区求解和界面耦合的方式实现热-流-固耦合求解。对于潜在熔化区域和未发生熔化的区域,分别采用物质点和有限元离散,结合了两者在求解材料特大变形和小变形问题上的各自优势,能够在保证计算精度的前提下有效提升计算效率。数值算例表明了本文算法的热-流-固多场耦合计算精度、相比于已有算法的高效性以及物质点和有限元离散区域界面处温度和应力的连续性。本文工作为金属增材制造过程多物理场耦合问题提供了一种高效的数值模拟方法。 展开更多
关键词 多物理场 流固耦合 物质点 有限元 增材制造
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基于有限元与边界元耦合法的波浪力分析
17
作者 刘春凤 翟瑞彩 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2005年第4期606-610,共5页
利用有限元与边界元耦合法对三维无界区域中直立圆柱所受的波浪力进行计算,把整个求解区域分成内域和外域两部分,在内域采用有限元法,对外域采用边界元法,数值计算的结果与理论解吻合良好,表明该方法有效.
关键词 耦合 有限元 边界元法 波浪力
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水下结构振动特征值分析的有限元-边界元法研究 被引量:2
18
作者 陈磊磊 胡昊文 +2 位作者 张伟 乔扬 郑昌军 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期1196-1204,共9页
本文运用围道积分法将有限元-边界元法所形成的非线性特征值问题转化为规模很小的线性特征值问题,从而构造出一种水下结构的振动特征值分析方法。其中采用Burton-Miller法规避了常规边界积分方程方法的虚假特征频率问题,并对所采用的围... 本文运用围道积分法将有限元-边界元法所形成的非线性特征值问题转化为规模很小的线性特征值问题,从而构造出一种水下结构的振动特征值分析方法。其中采用Burton-Miller法规避了常规边界积分方程方法的虚假特征频率问题,并对所采用的围道积分方法做了一些改进。数值算例验证了本文所构造的水下结构振动特征值分析方法的求解精度,以及在求解效率上的优势。 展开更多
关键词 有限元 边界元法 流固耦合 虚假特征频率 Burton-Miller
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有限元与边界元耦合法的数值计算 被引量:1
19
作者 雷晓燕 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 1989年第4期98-104,共7页
本文采用了将边界元区域的全部未知量凝聚到耦合面上的方法来实现有限元与边界元的耦合,从而达到节省内存的目的。文中还就耦合中利用对称性时方程组产生奇异性的原因及耦合面上面力不连续的处理作了详细的讨论,提出了解决的办法,最后... 本文采用了将边界元区域的全部未知量凝聚到耦合面上的方法来实现有限元与边界元的耦合,从而达到节省内存的目的。文中还就耦合中利用对称性时方程组产生奇异性的原因及耦合面上面力不连续的处理作了详细的讨论,提出了解决的办法,最后以三维问题为例,给出了算例。 展开更多
关键词 有限元 边界元法 耦合 数值计算
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光滑粒子法及其与有限元耦合算法的研究进展 被引量:36
20
作者 胡德安 韩旭 +1 位作者 肖毅华 杨刚 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期639-652,共14页
拉格朗日型的有限元法和光滑粒子法在模拟材料大变形问题时各存优缺点,而有限元与光滑粒子耦合算法实现了在小变形区域采用有限元法计算,在局部的大变形区域采用光滑粒子法计算,有效地综合了有限元法计算效率高和光滑粒子法能够自然地... 拉格朗日型的有限元法和光滑粒子法在模拟材料大变形问题时各存优缺点,而有限元与光滑粒子耦合算法实现了在小变形区域采用有限元法计算,在局部的大变形区域采用光滑粒子法计算,有效地综合了有限元法计算效率高和光滑粒子法能够自然地模拟材料大变形问题的特点.重点论述了有限元法、光滑粒子法以及有限元与光滑粒子耦合算法的研究现状及应用进展,并讨论了各方法中需要进一步解决的问题.最后通过算例对3种方法的计算精度和计算效率进行了分析,供研究人员参考. 展开更多
关键词 有限元 光滑粒子 耦合 大变形问题 拉格朗日型
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