非规则网格下二维浅水流动的数值模拟

建立了一种在非规则结构化网格上求解平面二维浅水流动的有限体积方法。通过采用地形在离散网格内双线性变化及离散网格界面间地形连续的地形逼近方法和应用可以有效处理间断问题的Roe格式来离散浅水方程中的对流项,并通过VanLeer提出的状态插值法提高格式精度。在计算原始变量在网格内的插值梯度时,采用最小二乘方法求变量的最优梯度代替差分计算梯度,从而可采用任意形状的不规则四边形网格离散计算域。计算实例表明,该方法能够计算间断问题并能够处理各种复杂流态的过渡,具有较好适应性和计算精度,能够满足不同实际问题的计算要求。     

TOPMODEL中地形指数计算方法的探讨

地形指数ln(α/tanβ)是一些以物理概念为基础的水文模型的重要参数。TOPMODEL是以计算ln(α/tanβ)指数及其分布为基础的。对于栅格DEM,α为上坡区域通过单位等高线长汇集到单元网格内的面积,反映径流在流域中任一点的累积趋势,tanβ为单元网格的坡角,反映重力使径流顺坡移动的趋势。目前普遍使用的计算该地形指数的方法为多流向法。方法中计算α和tanβ用的均是与流出单元网格流向垂直的等高线长。另外计算下坡单元网格累积汇流面积时没有考虑欲计算ln(α/tanβ)值的单元网格的面积。这些是不合理的。计算α值应该用与流入单元网格流向垂直的等高线长,据此提出了改进后的ln(α/tanβ)的计算方法。方法中计算下坡单元累积汇流面积时包括了欲计算ln(α/tanβ)的单元网格的面积。分析了两种方法计算结果间的差值。     

可变网格下的水库滑坡涌浪数值模拟研究

采用动网格技术,建立了可变网格下的平面二维水库滑坡涌浪数学模型,与传统固定网格下的数学模型相比,克服了难以精确计算水库滑坡体对水体作用的困难.以一模型试验为研究对象,采用数学模型对其进行了复演,模型将滑坡体对水体的作用采用可变网格的思想实现,使滑坡体所占区域的计算网格随滑体下滑.模型计算值与实测值比较表明,两者吻合较好,说明基于可变网格思想的数学模型能够较准确地模拟滑坡涌浪过程,为滑坡涌浪的计算、预测提供了一种新的研究方法.     

复杂区域三维有限元四面体网格自动生成研究

基于经典三维Delaunay四面体网格的生成算法,介绍了一种三维约束Delaunay三角化网格划分算法,通过对约束的恢复和局部退化的消除,保证了边界的一致性和网格的惟一性,实现了三维约束区域的四面体网格自动生成;通过对四面体的外接球半径与其最短边长度的比值（记为a）和四面体体积与其外接球体积的比值（记为n）的控制,避免质量不佳的单元,使生成的网格达到预期的质量要求,并提出了一种a和n的计算方法,简化了质量参数的计算过程;对几何形状复杂,特别是含有薄层的实体,可通过在实体上增加约束来提高网格的质量和缩短计算时间,使该方法能够实现岩土工程中不同地质条件下的复杂区域的三维有限元网格自动生成,并且能够保证生成的网格质量较好,为高精度的有限元计算提供了充分条件。计算实例表明,该算法能够将复杂三维实体剖分成质量较好的Delaunay四面体网格,可有效地应用于工程中有限元网格的生成。     

基于径向基函数配点法的承压稳定流井水位计算方法比较研究

井水位计算在地下水工作中具有重要的作用,目前已有多种计算井水位的方法。在已经产生的多种无网格方法中,径向基函数配点法[3][4]具有易实施、高精度、高效率、与空间维数无关、不受背景网格限制等优点,是一种真正的无网格方法。基于径向基函数配点法,分别用传统方法、传统方法的校正方法及奇点磨光法,计算承压稳定流情形下的井水位。实例计算显示,用奇点磨光法计算后的井水位与井处真实水位最为接近。     

复杂电性结构大地电磁二维响应特征

为了改进计算区域离散化问题,本文利用自适应非结构化网格有限单元法求解二维地电结构下大地电磁场满足的加权余量表达式。在有限元求解电磁场的过程中,网格剖分越精细、计算精度越高,计算量也会越大。此外,结构化网格难以适应任意地形以及复杂地质构造。而自适应非结构化网格在电性变化剧烈的区域会自动加密,在电性缓变的区域则生成粗疏的网格,从而优化网格质量与数量。因此,文中引入COMSOL Multiphysics软件,以实现若干地电模型的构建及非结构化自由四边形单元网格化。将网格数据信息导入本文算法,计算大地电磁场响应,并与解析解及数值解对比。结果表明,基于非结构化网格的正演模拟精度高、适应性强,为计算区域网格化提供了新的方法。     

一维地下水非稳定流计算的配点法

传统的地下水数值计算方法(如有限元法和有限差分法)都需要网格或单元,网格生成需要占用大量的计算时间,求解所需数据量也较大。配点型无网格法摆脱了网格和单元的限制,只需节点信息,且节点布置灵活,易于实施。本文将配点型无网格法应用于解决一维地下水非稳定流计算问题,用MATLAB编制相应的程序,将结果与解析解和传统方法的计算结果相比较,计算得到的结果与解析解吻合很好,精度较高,计算过程简单,稳定性好。     

断裂问题的扩展有限元法研究

扩展有限元（extended finite element method,XFEM）是近年来发展起来的、在常规有限元框架内求解不连续问题的有效数值计算方法,其基于单位分解的思想,在常规有限元位移模式中加入能够反映裂纹面不连续性的跳跃函数及裂尖渐进位移场函数,避免了采用常规有限元计算断裂问题时需要对裂纹尖端重新加密网格造成的不便。在推导扩展有限元算法的基础上,分析了应力强度因子的J积分计算方法及积分区域的选取。采用XFEM对I型裂纹进行了计算,有限元网格独立于裂纹面,无需在裂纹尖端加密网格;分析了积分区域、网格密度对应力强度因子计算精度的影响,指出了计算应力强度因子的合适参数,验证了此方法的可靠性和准确性。     

水利网格计算研究

水利网格计算是通过水利网将分布在全国不同地区的大量计算机相联并协同工作,从而形成具有统一调度管理功能的大型计算机,将水利部门各处计算机的处理能力合在一起,可为数据集中处理应用提供巨大的处理能力.利用水利网格计算,无须购买和维护超级计算机,也能利用其巨大的计算能力,完成计算任务.本文介绍了水利网格计算构想、实现水利网格计算所需运行环境、框架结构和功能,同时介绍了水利网格计算实施中可能存在的问题,为水利网格计算的实施提供一个可操作的建议.     

基于非结构化网格的瞬变电磁2．5维有限元正演模拟

利用Delaunay三角化这种网格非结构化方法。通过编程实现了二维模型的非结构化三角形网格剖分,并编写了中心回线法瞬变电磁2．5维有限元正演程序。与前人计算结果对比,在取得相同计算精度的情况下,与结构化网格相比,非结构化网格所需网格和节点数量大大减少,计算效率更高。通过将非结构化网格法引入到瞬变电磁2．5维正演模拟中,实现了对复杂二维地电模型的有限元数值模拟,提高了现有有限元算法的应用范围。     

MT有限元模拟中截断边界的影响

利用有限元方法进行大地电磁正演数值模拟时,由于是在有限网格区域上的数值计算,模拟计算时的网格边界为截断边界,而有限元数值模拟时的大地电磁场边界条件需要在足够远处才能够满足,所以截断边界的存在可能会使大地电磁正演模拟的边界条件无法满足,致使对计算结果和计算精度产生影响。利用有限元二维正演程序,在网格边界处加载一维情况下的大地电磁场,然后固定研究区域的网格剖分,并对一维地电模型和二维地电模型在改变有限元网格边界大小的情况下进行计算。在对一维模型进行模拟计算时,截断边界对边界条件没有影响,边界条件自然满足。而对二维模型进行模拟计算时,截断边界的存在对计算结果有较大影响。利用趋肤深度作为有限元网格边界变化的量度,通过改变网格边界大小,对不同的二维地电模型进行计算比较,总结出适合大地电磁有限元正演模拟的参考网格边界。     

二维非均匀介质移动网格的射线追踪算法

１９８５年Ｌａｎｇａｎ等人提出的方法是一个非均匀介质射线追踪的有效算法，它广泛用于地震层析成像的正演过程中。计算时它需要对非均匀介质进行网格划分，射线追踪时需要确定追踪的下一个网格的编号，这使程序复杂化且耗费机时。在Ｌａｎｇａｎ方法的基础上，本文提出了一种移动网格的射线追踪算法，这种方法实际上不需要对介质进行网格划分，理论和实算均表明，该方法程序简单，节约计算机内存，在保证计算精度的条件下，提高了计算效率。     

曲率计算公式的改进及应用效果

曲率属性近年来在构造识别和解释上得到了迅速的发展和应用,而曲率计算通常使用3×3网格单元对局部曲面作最小二乘法逼近,由Roberts推导并给出了具体的计算公式,该方法在求取曲率值时带来了大量噪声。采用5×5网格单元对局部曲面进行最小二乘法拟合,导出了5×5网格单元求取曲率的计算公式,并对3×3网格、5×5跳点网格、5×5网格求取曲率的结果进行了对比。结果表明,改进后的曲率计算方法抗噪能力显著增强。      

一种地形指数计算方法在Topmodel洪水模拟计算中的应用

介绍了Topmodel的基本理论，提出一种简单的地形指数ln(α/tanβ)计算方法，该方法分别提取数字高程模型(DEM)网格单元的α和tanβ，对坡度为0的网格单元进行专门处理，然后计算每一个网格单元的ln(α/tanβ)。以沿渡河流域为例，将计算的地形指数用于Topmodel进行洪水模拟计算，得到了比较满意的结果。     

工程计算力学中的正交基无网格方法

发现并研究了无网格伽辽金法(EFGM)节点不良分布以及采用一般高次多项式基构造形函数时产生数值解振荡的问题.提出工程计算力学的正交基无网格伽辽金法(MLMBOB),并以罚函数法引入强加边界条件,离散化得到偏微分方程的数值解.该方法保留了无网格伽辽金法所拥有的优秀品质,去除了其中的一些缺陷,使得用高次正交基作逼近时有高计算精度,它适合于工程计算中诸多计算问题.并用算例及其误差分析证实了该方法的优越性.     

一种辅助绘制降水量等值线图的方法探讨

降水量等值线图的绘制除手工方法外,有多种计算机辅助方法及软件。在总结前人研究及实践的基础上,结合实际工作的需要,提出应用网格单元方法通过计算机辅助来完成等值线图的绘制,实现降水量等值线图绘制的客观化。该方法将流域分成若干有限个网格单元,应用流域内所有雨量站所在单元降水量及雨量站所在单元的位置,通过一定的数值计算方法计算所有单元的降水量,之后将大于等于某一数值所有网格单元区域的边界作为等值线,最终获得降水量等值线图。     

广义节点无网格法在土力学固结分析中的应用

借鉴流形方法思想,引入广义节点的概念,对传统的无网格法进行了改进,建立了可具有任意高阶多项式插值函数的广义节点无网格方法.与传统无网格方法相比,广义节点无网格方法更具有一般性,当选取0阶广义节点位移插值函数时便可得到传统的无网格法.结合土工固结问题,通过推导建立了Blot固结方程的数值计算列式,对静态固结问题进行数值计算,通过对比分析验证了所建议方法的可行性.     

频域波动方程的多重网格法

针对差分法求解过程中细网格计算所需时间和空间要求高以及在粗网格上计算又达不到所要求的精度等问题，利用粗网格上的残差校正特性消除迭代误差的低频分量，同时利用细网格上的松弛光滑特性消除迭代误差的高频分量，采用不同疏密的网格距消除不同频率范围内的误差分量，将多重网格方法成功应用于频域波动方程的求解，并给出了实际算例。算例中，分别用Gauss-Seidel迭代法和多重网格法求其数值解，并绘出效果图；比较得出多重网格方法具有精度高、收敛速度快和易于实现的特性，更适合于高维波动问题的求解。     

基于三维多重网格法的抗滑稳定计算精度分析

在以有限元法来分析评价坝基、边坡的稳定安全度时,多重网格法将有限元分析网格和滑移块体的滑面网格作为独立的两套网格,滑面网格可随意切割有限元单元。这样一套有限元网格和一套应力成果就可以进行任意的滑块稳定分析。着重分析了多重网格法的精度。针对三维柱体和锦屏高边坡,研究两套网格如何匹配以提高计算精度进行处理,初步得出了一些有关多重网格法计算精度的知识。最后,应用基于多重网格法的第2类方法分析了锦屏左坝肩高边坡的稳定性问题。     

一种新型有限差分网格剖分方法在大地电磁一维正演中的应用

介绍了有限差分算法在大地电磁测深法中的应用,推导了一维层状介质和连续介质模型下的有限差分算法,提出了一种新的网格剖分方法,并通过两层和三层介质模型的正演计算,验证了算法的正确性以及网格剖分方法的合理性。设计了一种连续介质模型,与两种不同程度近似的多层层状介质模型进行了正演结果的对比,指出了研究连续介质模型正演的必要性。对于连续介质模型,计算中剖分得越详细,其结果越接近真实值,而随着误差的逐渐减小,精确度的提高不再明显,但资源与时间的消耗将大幅增加。因此,无限制地减小网格步长是不必要的。同时,为了兼顾误差大小与网格步长的关系,采用了一种将一次网格剖分进行二次差分计算的方法得到新的结果,使计算结果明显得到了改善。