无压渗流问题分析的多节点有限元方法

采用基于平均值插值的多节点有限元方法分析有自由面渗流问题。在自由面附近采用多节点单元逼近自由面,利用平均值插值建立多节点单元的形函数,在远离自由面的区域采用四边形/三角形单元剖分。给定一个初始自由面位置,通过对渗流控制方程的多节点有限元求解,根据自由面上节点水头值判断自由面节点的调整方向和大小,最终迭代求出自由面的位置。土坝渗流问题的数值分析表明了所提方法的有效性和足够的计算精度。     

不同地形与取样数的Kriging插值精度对比研究——以舒城县土壤全氮空间分异为例

为分析地形与取样数对大尺度Kriging插值精度的关系,在舒城县的山区、丘陵、岗区、平原等4个不同地形单元采集土壤表层(0~20cm)样品611个,进行可变取样数条件下的土壤全氮空间分异插值精度比较。半变异函数分析表明,4个地形单元块金值与基台值比值的平均值<25%,具有强烈的空间相关性。Kriging插值精度标准均方根误差检验值(NRMSE)在各地形单元内都随着采样密度的增大而不断降低,插值精度提高;各地形单元之间,在相同的采样密度下,Kriging插值精度大小顺序为平原>岗区>丘陵>山区,随着地形复杂程度增加,Kriging插值精度降低。NRMSE检验值平均变化率分析表明,地形越复杂地区Kriging插值精度提高越快。地形条件和取样数是影响大尺度Kriging插值精度的重要因素。     

无网格自然单元法在弹塑性分析中的应用

无网格自然单元法在构造位移插值函数时不需要单元的信息,只需要结点的信息,在裂纹扩展模拟、材料非线性分析、几何非线性分析以及三维计算等方面具有广阔的应用前景。阐述了将无网格自然单元法应用于结构弹塑性分析的过程和基本理论,给出了其位移插值函数的构造过程,并将其结果与常规的有限单元法进行对比,证明了该方法用于弹塑性分析的优越性。     

床面粗糙形态的二元分形插值模拟

针对床面粗糙形态具有自相似性的特点,应用二元分形插值迭代函数系统,对床面粗糙形态进行了分形插值模拟,模拟中分形插值邻域Ak根据Kriging空间插值方法的变异函数球状模型确定,垂直比例因子sm,n通过基于插值点数据的多元统计分析确定.结果表明:分形插值重构的床面粗糙形态与原床面形态的相似程度将随着插值点信息量ic的增加...     

应用自然邻接点插值法的块体非连续变形分析

传统的非连续变形分析法(DDA)采用线性位移模式存在诸多缺陷。为准确计算块体应力场,传统上一般直接增加位移函数的多项式阶次,或进行子块体划分或耦合有限元等改进措施,但应用上仍不够方便有效。建议引进无网格节点位移插值模式,采用自然单元法中的自然邻接点插值(NNI)法,具有插值特性,易于准确实施边界条件或材料连续性条件,且具有无网格特征和良好的计算精度,计算更快效。可在此基础上进一步分析大块体弯曲、裂纹扩展破坏形式等,以解决线性位移模式等的不足。     

基于紧支径向基函数的点插值无网格方法

紧支径向基函数能使支配方程中的刚度矩阵具有稀疏性,很适合应用于无网格方法中,其缺点是在插值计算时精度不高.点插值方法的插值函数具有Delta函数性质,可以很方便的施加本质边界条件,但在计算插值函数时矩阵易出现奇异.为了提高计算精度并避免点插值法的局限性,首先对紧支径向基函数进行完备性修正,然后用完备性修正的紧支径向基函数代替多项式来形成插值函数,建立了紧支径向基函数点插值方法.由于该方法中的形函数满足Delta函数性质,因此本质边界条件可以像传统的有限元方法一样很容易施加.然后将该方法用于二维弹性静力问题的求解,导出了其相应的离散方程.最后将该方法应用于一个悬臂梁的分析中,初步验证了该方法的有效性与合理性.     

弹性介质分向插值无限元

无限元是一种有效的人工边界,可用于处理弹性波的传播问题。在传统动力无限元的基础上,提出了一种采用分向插值技术的新型动力无限元,详细地推导了这种无限元的形函数,建立了完全解析形式的刚度矩阵,以提高计算效率,采用该无限元边界,计算了弹性介质中的线源Lamb问题,通过对比解析解答的地基表面位移,验证了该无限元的有效性。算例分析表明,采用此类无限元时,有限元单元边长建议取不超过1/8剪切波波长,网格边界到激励源点的距离宜取5倍剪切波波长。无限单元中的幅值衰减系数对计算结果影响甚微,建议取较小值。     

三维径向点插值无网格法及其在流固耦合中的应用

径向基函数点插值无网格法(radial point interpolation method,RPIM)是一种新型的无网格法,其形函数具有插值特性,且形式简单,易于施加本质边界条件。文中介绍了径向基函数点插值无网格法的基本原理,推导了三维情况下点插值无网格法的基本公式。从变分原理出发,结合比奥固结理论,建立了流-固耦合的三维点插值无网格法基本方程和数值积分方法,并开发了相应计算程序。通过三维悬臂梁和单向固结问题的数值试验,验证了该方法对三维弹性问题和流-固耦合问题的适用性和有效性     

有限覆盖径向点插值法及其在土工问题中的应用

将有限覆盖技术与径向点插值方法相结合发展了有限覆盖径向点插值无网格方法,从而综合了数值流形方法与点插值方法的各自优点,能够有效地处理连续与非连续性问题。用该方法构造的形函数具有Kronecker ? -函数属性,方便了位移边界条件的处理。在简要阐述了这种方法基本原理的基础上,将该方法用用于地基附加应力计算分析,结果证明本文方法精度高,方法简单有效。     

地学数据的分形插值与成图

本文将分形几何学的思想和方法引进对地学数据的插值处理与计算机成图的研究中，建立了适合于具有随机形特征的地学数据的“局部分数布朗场”数学模型，在讨论和分析了Ｖｏｓｓ提出的“逐次随机添加”与Ｂａｒｎｓｌｅｙ提出的“分形插值函数”这两种可用于分形插值法，并将它们应用到对地貌，化探，物探等地学数据进行插值，网格化和计算机成图上。     

空间内插方法比较

空间内插可以分为几何方法、统计方法、空间统计方法、函数方法、随机模拟方法、物理模型模拟方法和综合方法。介绍了每一种方法的适用范围、算法和优缺点。指出没有绝对最优的空间内插方法,必须对数据进行空间探索分析,根据数据的特点,选择最优方法;同时,应对内插结果做严格的检验。开发通用空间内插软件、智能化内插以及加强相关基础研究将是空间内插研究的重点。     

Triangle based interpolation

Triangle based interpolation is introduced by an outline of two classical planar interpolation methods, viz. linear triangular facets and proximal polygons. These are shown to have opposite local bias. By applying cross products of triangles to obtain local gradients, a method designated slant-top proximal polygon interpolation is introduced that is intermediate between linear facets and polygonal interpolation in its local bias. This surface is not continuous, but, by extending and weighting the gradient planes, a C¹ surface can be obtained. The gradients also allow a roughness index to be calculated for each data point in the set. This index is used to control the shape of a blending function that provides a weighted combination of the gradient planes and linear interpolation. This results in a curvilinear, C¹,interpolation of the data set that is bounded by the linear interpolation and the weighted gradient planes and is tangent to the slant-top interpolation at the data points. These procedures may be applied to data with two, three, or four independent variables.     

Theoretical aspects of grade-tonnage calculations

Conclusions A theoretical approach to grade-tonnage calculations shows that methods based on accumulations are incorrect. Strictly correct calculations must involve multiplication of the various spatial functions, rather than the multiplication of measurements made at locations. If, however, polygonal interpolation is employed to estimate the spatial functions involved, then the results of the two approaches are identical. If any other interpolation procedure is used, then differences become obvious. Where trends are present in the data being computed, accumulation methods are likely to introduce serious errors.     

基于二维三次卷积插值算法的波前构建射线追踪

针对波前构建法在实现波前射线路径追踪过程中所遇到的速度以及速度导数的插值问题,提出一种更精确的二维三次卷积插值算法,将该算法应用到波前构建法中,得到比较精确的射线路径。实例证明,所采用的插值算法在应用到波前构建的过程中,在求解非网格节点的速度及导数时与双三次多项式插值算法相比能够更加快速准确地获得射线路径。     

不同插值方法绘制断面图效果分析

介绍了绘制断面图中的各种插值方法,具体包括线性插值和分段非线性插值;分析了目前使用的线性插值方法绘制断面图的不足:精度一般、不光滑;提出了用分段非线性插值绘制断面图的方法;分段非线性插值精度高、光滑性好,所以分段非线性插值绘制断面图能很好地弥补线性插值的不足,而且它在计算机处理水文数据领域有不错的应用前景。     

基于地统计学方法的降水空间插值研究

为了实现离散降水数据到连续降水数据的插值,以内蒙古自治区多年(1950～2000年)平均降水量为例,讨论了不同空间插值方法的优劣,发现基于地统计方法的Kriging插值具有最佳的插值效果.进一步对比Ordinary Kriging和CoKriging插值方法的4种不同的半变异函数模型,结果表明利用指数半变异函数的CiKriging插值方法具有最小的预测误差.地统计方法对于预测降水具有重要的价值,而不同的地区具有各自适合的模型,理解该方法的数学原理和操作过程,对相关研究具有借鉴意义.     

基于单位分解的扩展径向点插值无网格法

针对线弹性断裂力学问题,提出扩展径向点插值无网格法（X-RPIM）。该方法基于单位分解思想,在传统径向点插值无网格法的位移模式中加入扩展项来描述裂纹两侧的不连续位移场和裂尖奇异场。由于其形函数具有Kronecker ? 函数性质,易于施加本质边界条件。详细描述了X-RPIM不连续位移模式的建立,支配方程的离散形式以及J积分计算混合模式裂纹的应力强度因子的实现过程,讨论了不同积分区域对应力强度因子的影响。数值算例分析证明了该方法在求解断裂问题时的可行性和有效性,同时说明扩展径向点插值无网格法在模拟裂纹扩展问题时具有良好的前景。     

Evaluation of Interpolation Accuracy of Neural Kriging with Application to Temperature-Distribution Analysis

An interpolation method based on a multilayer neural network (MNN), has been examined and tested for the data of irregular sample locations. The main advantage of MNN is in that it can deal with geoscience data with nonlinear behavior and extract characteristics from complex and noisy images. The training of MNN is used to modify connection weights between nodes located in different layers by a simulated annealing algorithm (one of the optimization algorithms of the network). In this process, three types of errors are considered: differences in values, semivariograms, and gradients between sample data and outputs from the trained network. The training is continued until the summation of these errors converges to an acceptably small value. Because the MNN trained by this learning criterion can estimate a value at an arbitrary location, this method is a form of kriging and termed Neural Kriging (NK). In order to evaluate the effectiveness of NK, a problem on restoration ability of a defined reference surface from randomly chosen discrete data was prepared. Two types of surfaces, whose semivariograms are expressed by isotropic spherical and geometric anisotropic gaussian models, were examined in this problem. Though the interpolation accuracy depended on the arrangement pattern of the sample locations for the same number of data, the interpolation errors of NK were shown to be smaller than both those of ordinary MNN and ordinal kriging. NK can also produce a contour map in consideration of gradient constraints. Furthermore, NK was applied to distribution analysis of subsurface temperatures using geothermal investigation loggings of the Hohi area in southwest Japan. In spite of the restricted quantity of sample data, the interpolation results revealed high temperature zones and convection patterns of hydrothermal fluids. NK is regarded as an interpolation method with high accuracy that can be used for regionalized variables with any structure of spatial correlation.     

岩石断裂表面的分形模拟

根据岩石断裂表面粗糙度所具有的统计自仿射分形的特征,提出了改进的自仿射分形插值的概念。运用改进的自仿射分形插值方法,根据实测岩石断裂表面粗糙度数据,对岩石断裂表面粗糙形态进行了分形模拟,给出了二元分形插值数学模型。将以不同数量的观测数据模拟出的插值曲面与实际测量的岩石断裂表面相比较,得出了不同数量信息点的模拟精度,它们之间的关系曲线显示为幂函数关系的规律。这就意味着不仅可以得到模拟结果,还可以得到模拟结果的估计精度。运用少量已知数据值,模拟出未知曲面,给出了由局部模拟整体的方法这对于根据少量数据研究、模拟和直观显示复杂物体的几何形态,如地形地貌、断层表面和材料裂隙表面,具有重要的应用意义。