复杂区域四边形网格生成的一种改进方法

提出了一种改进的四边形网格生成算法。该法在行波法生成平面三角形网格的基础上，将一个三角形单元分解为三个四边形单元。经过优化处理，获得优良的计算域四边形网格。针对岩土工程结构问题，还提出了网格剖分中尖灭不连续面和锚杆及锚索的处理方案。地下洞室和边坡算例表明了这种方法的可行性和可靠性。     

复杂区域自适应三角形网格全自动生成方法

为了使用自适应有限单元法求解岩土工程问题，本文在行被法的基础上，提出了一种适用于多介质复杂区域的三角形网格全自动生成方法。文中给出三个工程算例．     

时间域激发极化法非结构化三角网格有限元正演模拟

这里分析了传统网格剖分方式的不足,提出采用非结构化渐变三角网格对求解区域进行离散,采用固定带宽LDLT分解法求解线性方程组。设计了非结构化渐变三角网格自动剖分程序,并针对固定点源测深装置的激发极化2.5维有限元正演模拟程序。通过理论模型试算,验证了程序的正确性与有效性,并对正演模拟的速度和精度进行了初步评价。     

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。     

基于非结构化网格的大规模磁测数据正则化反演研究

磁测数据解析正演的内存需求与模型规模、观测点数成正比,以其为依托开展大规模磁测数据反演时,计算成本较大。文章利用非结构化网格有限单元法进行磁测正演,分析了地表观测网格、边界节点数和局部网格密度等因素对正演计算精度的影响;在此基础上,基于灵敏度矩阵隐式存储的高斯-牛顿法求解正则化反演目标函数,实现了大规模磁测数据三维反演。理论模型试算和铀矿区域实测数据案例表明,文章所述方法可保证正演计算的精确度,提高了计算效率、减少了反演的内存消耗,可用于复杂条件下大规模磁测数据的三维反演。     

岩土工程数值计算中的无网格方法及其全自动布点技术

自然单元法采用无网格的思想全域构造插值函数,它的求解精度高,计算时间少,可准确地施加边界条件,兼具有无网格法和有限单元法的优点和特点,是一种理想的用于岩土及地下工程分析计算的数值方法。文中简要地介绍了自然单元法的基本理论,并针对岩土及地下工程问题特点,给出了一种无网格离散点的全自动布置方法。     

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。     

大地电磁三维正演聚集多重网格算法

为了加快大地电磁三维正演的求解速度,本文将一种新型的代数多重网格算法——聚集多重网格（aggregation-based algebraic multigrid, AGMG）算法引入大地电磁三维正演模拟中。首先从准静态条件下的麦克斯韦方程出发,利用交错网格有限体积法进行离散,并采用第一类Dirichlet边界条件形成大型稀疏复线性方程组;然后阐述AGMG算法的粗化策略和套迭代技术,并实施3种不同的AGMG求解算法：1）传统的V循环AGMG算法;2）AGMG预处理共轭梯度（AGMG-CG）;3）AGMG预处理广义共轭残差法（AGMG-GCR）。最终实现大地电磁法三维正演模拟。对典型地电模型进行正演模拟,并与已有的大地电磁三维正反演程序（ModEM）进行结果对比,以验证本文算法的准确性。另外,不同剖分网格和极化方式正演模拟结果与准残量最小化（QMR）迭代算法的对比表明,AGMG预处理求解算法（AGMG-CG、AGMG-GCR）不仅能够改善算法的稳定性,而且能够快速有效地求解正演问题;其中AGMG-GCR迭代次数更少,求解速度更快,误差衰减曲线更光滑,在144×152×104网格剖分情况下,相对于现有ModEM程序能够提高十几倍的计算速度,尤其适合大规模大地电磁三维正演问题。     

六面体有限覆盖的三维数值流形方法的非线性分析

对三维问题的分析是数值流形方法发展的必然,在数值流形方法覆盖位移函数的基础上构造了一种六面体有限覆盖的三维流形单元,推导了相应的应变矩阵、刚度矩阵及平衡方程等表达式。同时,由于目前数值流形方法的模拟分析主要是采用线弹性模型,而对于非线性模型分析研究很少;根据数值流形方法的特点和岩土体的本构模型,给出了适用于数值流形方法进行非线性分析的算法。该方法利用中点增量法进行求解,以改变 模型和 模型中弹性模量的方式来反映非线性,其实质是用分段线性来取代非线性。通过地基沉降计算算例表明,数值流形方法在三维岩土体中进行非线性分析中是有效的。     

渗流问题的三维h型自适应有限元法研究

研究了三维渗流的自适应有限元法,建立了集成网格自动剖分、渗流有限元分析、网格调整、后处理等四大模块的四面体单元h型自适应系统。给出的算例证实了系统的有效性和优越性。     

移动荷载下瞬态振动的三维移动坐标有限元分析

针对移动荷载引起地基振动问题的特点,在随荷载移动坐标系下建立有限元方程进行分析,能够与常规有限元方法较好地符合。建立了可用于移动坐标有限元法的黏弹性边界,从而有效地模拟波在边界的透射。以Euler-Bernoulli梁模拟轨道和路基的作用,以三维实体单元模拟黏弹性分层地基,得到的数值模拟结果能够与瑞典Ledsgård地区高速铁路实测数据较好地吻合,表明移动坐标有限元法可以有效地分析此类问题。     

三维稳定渗流的 p 型自适应有限元分析

建立了三维稳定渗流的p型自适应有限元分析的误差估计器。充分利用p型有限元前处理少、计算精度高和收敛速度快的优点，分析了p型有限元法求解渗流问题的技术特点，给出了求解三维稳定渗流的自适应升阶策略。通过具体算例，研究了单元阶次及网格尺度对计算结果的影响，验证了三维p型有限元法在求解渗流问题时的可行性。     

A practical and efficient numerical scheme for the analysis of steady state unconfined seepage flows

The scaled boundary finite‐element method (SBFEM), a novel semi‐analytical technique, is applied to the analysis of the confined and unconfined seepage flow. This method combines the advantages of the finite‐element method and the boundary element method. In this method, only the boundary of the domain is discretized; no fundamental solution is required, and singularity problems can be modeled rigorously. Anisotropic and nonhomogeneous materials satisfying similarity are modeled without additional efforts. In this paper, SBFE equations and solution procedures for the analysis of seepage flow are outlined. The accuracy of the proposed method in modeling singularity problems is demonstrated by analyzing seepage flow under a concrete dam with a cutoff at heel. As only the boundary is discretized, the variable mesh technique is advisable for modeling unconfined seepage analyses. The accuracy, effectiveness, and efficiency of the method are demonstrated by modeling several unconfined seepage flow problems. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

适合地形起伏的二维有限单元数值模拟技术

在有限单元法矩形～三角形单元剖分的基础上,提出了适合复杂地形条件下的网格剖分方法:平行四边形～三角形剖分方法。计算结果表明,该方法具有快速、高效的特点。只要对原有程序稍加修改,即可实现对复杂地形条件下的复杂地电断面进行自动剖分和网格节点自动编号。因此,对于复杂地形条件下的地电模型,该方法能快速地实现较为精确的数值模拟。     

土石坝二维地震反应有限元计算的影响因素研究

用有限元法计算土石坝地震反应时,有限元模型的网格剖分、计算边界的处理是计算精度的主要影响因素,也是有限元法分析前处理的主要工作。基于河海大学岩土工程研究所开发的二维有限元土石坝计算程序,分析了网格剖分的形式、网格的合理尺寸、简单边界的计算取值范围对土石坝地震反应的影响。研究结果表明,在土石坝地震反应计算中,网格剖分的整体形式应该水平成层,网格尺寸以最大坝高的7 %～10 %为上限;在有覆盖层的土石坝工程中,简单边界的计算区域应包括覆盖层,并与覆盖层厚度有特定的关系。上述成果可使前处理过程更严谨、更易操作,可作为研究和实际工程计算的参考。