无网格法
一种计算方法
无网格方法(meshfree methods,meshless Methods,简称MMs)是在数值计算中不需要生成网格,而是按照一些任意分布的坐标点构造插值函数离散控制方程,就可方便地模拟各种复杂形状的流场。
发展历史
有限元(finite element method 简称 FEM)在学术和工业已经有了很多的成就。但是,有限元也存在很多短板。其中最严重的之一就是有限元的计算结果严重依赖于网格的划分质量。高质量的有限元网格需要相关专家长时间的参与,尤其是对复杂的集合图形。即使使用高质量的网格,有限元模型也经常会在大形变的模拟中失败。
无网格法(meshless methods)的诞生,就是来消除有限元(finite element method)的短板。最早的有关无网格法的文献是由剑桥大学的L.B.Lucy和剑桥大学的R.A.Gingold, J.J.Monaghan分别于1977年提出。他们介绍了光滑粒子流体动力学(Smoothed particle hydrodynamics,简称SPH)。这两篇著作的初衷是解决天体物理学(astrophysics)的问题,后来,SPH多用于流体动力学(fluid dynamics)。SPH法的计算是基于强形式(strong form),其余的无网格方法都是在1990年代提出的,他们是基于弱形式(weak form)计算的。最开始主要是用于计算材料力学的。Galerkin法(Element free Galerkin,简称EFG)是第一个基于弱形式的无网格法,于1994年被T. Belytschko等人提出。
今天,无网格法广泛的引用在流体,生物力学等研究中,并取得诸多成果。
无网格法分类
该法大致可分成两类:一类是以Lagrange方法为基础的粒子法(Particle method),如光滑粒子流体动力学(Smoothed particle hydrodynamics,简称SPH)法,和在其基础上发展的运动粒子半隐式(Moving-particle semi-implicit,简称MPS)法等;另一类是以Euler方法为基础的无格子法(Gridless methods),如无格子Euler/N—S算法(Gridless Euler/Navier-Stokes solution algorithm)和无单元Galerkin法(Element free Galerkin,简称EFG)等。
无网格方法可以方便地利用坐标点计算模拟复杂形状流场计算,但不足之处是在高雷诺数流动时提高数值计算精度较困难。
无网格方法中比较常见的还有径向基函数方法(Radious Basis Function),主要使用某径向基函数(如(MQ)f(r)=r^5)的组合,来逼近原函数。吴忠敏院士在这方面有比较突出的工作。以上方法中,无网格伽辽金法成为目前影响最大,应用最广的无网格计算方法,现有的 LS-dyna,Abaqus,Radioss等商业软件都加入了该方法的计算模块。
参考资料
最新修订时间:2024-06-09 18:58
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