基于对单元能量投影(element energy projection,EEP)法误差项的直接推导及分析,用EEP简约格式的解计算出略掉的误差项,反补后得到比简约格式高一阶精度的EEP超收敛计算的加强格式。该文以一维Galerkin有限元为例,给出EEP加强格式的算...基于对单元能量投影(element energy projection,EEP)法误差项的直接推导及分析,用EEP简约格式的解计算出略掉的误差项,反补后得到比简约格式高一阶精度的EEP超收敛计算的加强格式。该文以一维Galerkin有限元为例,给出EEP加强格式的算法公式和数学证明。理论分析和算例验证表明:对于m (≥1)次单元,采用EEP加强格式计算的内点位移和内点导数都具有h^(min(m+3,2m))阶的收敛精度,对系数特例问题二者甚至可以分别达到h^(min(m+5,2m))和h^(min(m+4,2m))阶的收敛精度。并对该法的进一步拓展作了讨论。展开更多
对m(>1)次单元,基于单元能量投影(element energy projection,简称EEP)法提出的简约格式位移解u∗具有比常规有限元解uh至少高一阶的精度,据此提出了EEP单元概念,并给出以EEP单元作为最终解的自适应有限元求解策略.通过编制相应的计...对m(>1)次单元,基于单元能量投影(element energy projection,简称EEP)法提出的简约格式位移解u∗具有比常规有限元解uh至少高一阶的精度,据此提出了EEP单元概念,并给出以EEP单元作为最终解的自适应有限元求解策略.通过编制相应的计算程序分析了一维非自伴随问题,计算结果与理论预期吻合较好,验证了自适应求解策略的有效性和可靠性.研究结果表明:该法可以给出按最大模度量、逐点满足误差限的解答,相较于常规单元,最终的求解单元数更少.展开更多
对于结构动力分析中的离散系统运动方程,现有算法的计算精度和效率均依赖于时间步长的选取,这是时间域问题求解的难点.基于EEP(element energy projection)超收敛计算的自适应有限元法,以EEP超收敛解代替未知真解,估计常规有限元解的误...对于结构动力分析中的离散系统运动方程,现有算法的计算精度和效率均依赖于时间步长的选取,这是时间域问题求解的难点.基于EEP(element energy projection)超收敛计算的自适应有限元法,以EEP超收敛解代替未知真解,估计常规有限元解的误差,并自动细分网格,目前已对诸类以空间坐标为自变量的边值问题取得成功.对离散系统运动方程建立弱型Galerkin有限元解,引入基于EEP法的自适应求解策略,在时间域上自动划分网格,最终得到所求时域内任一时刻均满足给定误差限的动位移解,进而建立了一种时间域上的新型自适应求解算法.展开更多
利用单元能量投影(Element Energy Projection,简称EEP)法所计算的EEP超收敛解,在不改变有限元网格及其整体刚度矩阵的情况下,导出残差的等效结点荷载向量,只经回代过程即可得到具有更高阶精度的结点位移的误差估计,使结点位移精度得到...利用单元能量投影(Element Energy Projection,简称EEP)法所计算的EEP超收敛解,在不改变有限元网格及其整体刚度矩阵的情况下,导出残差的等效结点荷载向量,只经回代过程即可得到具有更高阶精度的结点位移的误差估计,使结点位移精度得到极大提高。该文以一般的二阶常微分方程边值和初值问题为例,给出算法和相应的数值算例。从中可以看出,本法十分简单而高效:对于m≥1次单元,采用EEP简约格式和凝聚格式修正后的结点位移,分别具有O(h^(2m+2))和O(h^(3m+mod(m,2)))的超常规的超收敛阶。该文给出了典型算例,并对该法的进一步拓展和应用作了讨论。展开更多
The element energy projection （EEP） method for computation of super- convergent resulting in a one-dimensional finite element method （FEM） is successfully used to self-adaptive FEM analysis of various linear probl...The element energy projection （EEP） method for computation of super- convergent resulting in a one-dimensional finite element method （FEM） is successfully used to self-adaptive FEM analysis of various linear problems, based on which this paper presents a substantial extension of the whole set of technology to nonlinear problems. The main idea behind the technology transfer from linear analysis to nonlinear analysis is to use Newton＇s method to linearize nonlinear problems into a series of linear problems so that the EEP formulation and the corresponding adaptive strategy can be directly used without the need for specific super-convergence formulation for nonlinear FEM. As a re- sult, a unified and general self-adaptive algorithm for nonlinear FEM analysis is formed. The proposed algorithm is found to be able to produce satisfactory finite element results with accuracy satisfying the user-preset error tolerances by maximum norm anywhere on the mesh. Taking the nonlinear ordinary differential equation （ODE） of second-order as the model problem, this paper describes the related fundamental idea, the imple- mentation strategy, and the computational algorithm. Representative numerical exam- ples are given to show the efficiency, stability, versatility, and reliability of the proposed approach.展开更多
对于自由振动问题,基于单元能量投影(element energy projection, EEP)技术,对频率和模态同时进行误差控制的自适应有限元分析已建立,并被证明可靠且高效。在实际应用中,也存在另一类需求,即只需保证频率的精度,而并不关心模态误差大小...对于自由振动问题,基于单元能量投影(element energy projection, EEP)技术,对频率和模态同时进行误差控制的自适应有限元分析已建立,并被证明可靠且高效。在实际应用中,也存在另一类需求,即只需保证频率的精度,而并不关心模态误差大小。该研究提出了频率超收敛计算方案,继而建立了整体频率误差和局部模态误差的转换关系,从而在整体上以频率误差估计控制算法停机,在局部上以模态误差估计驱动网格更新,最终建立了以频率误差控制为目标的自由振动问题自适应有限元分析策略。该方法的有效性在二阶Sturm-Liouville问题及弹性薄膜自由振动问题上得到了应用验证。展开更多
无穷域问题广泛存在于实际工程中,半解析、半离散的数值计算方法有限元线法(Finite Element Method of Lines,简称FEMOL)对其具有较好的适应性。在已有的映射型FEMOL无穷单元理论的基础上,基于单元能量投影(Element Energy Projection,...无穷域问题广泛存在于实际工程中,半解析、半离散的数值计算方法有限元线法(Finite Element Method of Lines,简称FEMOL)对其具有较好的适应性。在已有的映射型FEMOL无穷单元理论的基础上,基于单元能量投影(Element Energy Projection,简称EEP)法的自适应FEMOL被应用于二维无穷域问题的求解。用户只需输入稀疏的初始网格和误差限,算法即自动生成优化的FEMOL网格,该网格上常规单元和无穷单元的FEMOL解均按最大模度量满足给定误差限。文中首先介绍二维FEMOL的原理策略、无穷单元的构建,然后概述基于EEP法的自适应FEMOL算法,并讨论其对无穷域问题的适用性,之后对圆柱绕流的Poisson方程问题、带孔无穷大板单向拉伸的弹性力学平面问题、受圆形均布荷载半空间体的三维轴对称问题进行了自适应分析,最终不仅给出了满足误差限的函数(位移)解,也给出了具有优良性态的导数(应力)解,从而为无穷域问题的求解提供了一种高效可靠的新途径。展开更多
基于单元能量投影(element energy projection,EEP)法和边值问题固端法的思想,将其扩展至运动方程问题。该文以单自由度线性元为例,采用Taylor级数渐近展开,对问题的求解进行实质性简化计算;探讨了不经有限元求解便可进行先验定量误差...基于单元能量投影(element energy projection,EEP)法和边值问题固端法的思想,将其扩展至运动方程问题。该文以单自由度线性元为例,采用Taylor级数渐近展开,对问题的求解进行实质性简化计算;探讨了不经有限元求解便可进行先验定量误差估计的算法;进而实现了自适应单元步长的先验估计和确定。该文给出初步算例,验证了该方法的可行性和有效性。展开更多
文摘基于对单元能量投影(element energy projection,EEP)法误差项的直接推导及分析,用EEP简约格式的解计算出略掉的误差项,反补后得到比简约格式高一阶精度的EEP超收敛计算的加强格式。该文以一维Galerkin有限元为例,给出EEP加强格式的算法公式和数学证明。理论分析和算例验证表明:对于m (≥1)次单元,采用EEP加强格式计算的内点位移和内点导数都具有h^(min(m+3,2m))阶的收敛精度,对系数特例问题二者甚至可以分别达到h^(min(m+5,2m))和h^(min(m+4,2m))阶的收敛精度。并对该法的进一步拓展作了讨论。
文摘对m(>1)次单元,基于单元能量投影(element energy projection,简称EEP)法提出的简约格式位移解u∗具有比常规有限元解uh至少高一阶的精度,据此提出了EEP单元概念,并给出以EEP单元作为最终解的自适应有限元求解策略.通过编制相应的计算程序分析了一维非自伴随问题,计算结果与理论预期吻合较好,验证了自适应求解策略的有效性和可靠性.研究结果表明:该法可以给出按最大模度量、逐点满足误差限的解答,相较于常规单元,最终的求解单元数更少.
文摘对于结构动力分析中的离散系统运动方程,现有算法的计算精度和效率均依赖于时间步长的选取,这是时间域问题求解的难点.基于EEP(element energy projection)超收敛计算的自适应有限元法,以EEP超收敛解代替未知真解,估计常规有限元解的误差,并自动细分网格,目前已对诸类以空间坐标为自变量的边值问题取得成功.对离散系统运动方程建立弱型Galerkin有限元解,引入基于EEP法的自适应求解策略,在时间域上自动划分网格,最终得到所求时域内任一时刻均满足给定误差限的动位移解,进而建立了一种时间域上的新型自适应求解算法.
文摘利用单元能量投影(Element Energy Projection,简称EEP)法所计算的EEP超收敛解,在不改变有限元网格及其整体刚度矩阵的情况下,导出残差的等效结点荷载向量,只经回代过程即可得到具有更高阶精度的结点位移的误差估计,使结点位移精度得到极大提高。该文以一般的二阶常微分方程边值和初值问题为例,给出算法和相应的数值算例。从中可以看出,本法十分简单而高效:对于m≥1次单元,采用EEP简约格式和凝聚格式修正后的结点位移,分别具有O(h^(2m+2))和O(h^(3m+mod(m,2)))的超常规的超收敛阶。该文给出了典型算例,并对该法的进一步拓展和应用作了讨论。
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.51378293,51078199,50678093,and 50278046)the Program for Changjiang Scholars and the Innovative Research Team in University of China(No.IRT00736)
文摘The element energy projection （EEP） method for computation of super- convergent resulting in a one-dimensional finite element method （FEM） is successfully used to self-adaptive FEM analysis of various linear problems, based on which this paper presents a substantial extension of the whole set of technology to nonlinear problems. The main idea behind the technology transfer from linear analysis to nonlinear analysis is to use Newton＇s method to linearize nonlinear problems into a series of linear problems so that the EEP formulation and the corresponding adaptive strategy can be directly used without the need for specific super-convergence formulation for nonlinear FEM. As a re- sult, a unified and general self-adaptive algorithm for nonlinear FEM analysis is formed. The proposed algorithm is found to be able to produce satisfactory finite element results with accuracy satisfying the user-preset error tolerances by maximum norm anywhere on the mesh. Taking the nonlinear ordinary differential equation （ODE） of second-order as the model problem, this paper describes the related fundamental idea, the imple- mentation strategy, and the computational algorithm. Representative numerical exam- ples are given to show the efficiency, stability, versatility, and reliability of the proposed approach.
文摘对于自由振动问题,基于单元能量投影(element energy projection, EEP)技术,对频率和模态同时进行误差控制的自适应有限元分析已建立,并被证明可靠且高效。在实际应用中,也存在另一类需求,即只需保证频率的精度,而并不关心模态误差大小。该研究提出了频率超收敛计算方案,继而建立了整体频率误差和局部模态误差的转换关系,从而在整体上以频率误差估计控制算法停机,在局部上以模态误差估计驱动网格更新,最终建立了以频率误差控制为目标的自由振动问题自适应有限元分析策略。该方法的有效性在二阶Sturm-Liouville问题及弹性薄膜自由振动问题上得到了应用验证。
文摘无穷域问题广泛存在于实际工程中,半解析、半离散的数值计算方法有限元线法(Finite Element Method of Lines,简称FEMOL)对其具有较好的适应性。在已有的映射型FEMOL无穷单元理论的基础上,基于单元能量投影(Element Energy Projection,简称EEP)法的自适应FEMOL被应用于二维无穷域问题的求解。用户只需输入稀疏的初始网格和误差限,算法即自动生成优化的FEMOL网格,该网格上常规单元和无穷单元的FEMOL解均按最大模度量满足给定误差限。文中首先介绍二维FEMOL的原理策略、无穷单元的构建,然后概述基于EEP法的自适应FEMOL算法,并讨论其对无穷域问题的适用性,之后对圆柱绕流的Poisson方程问题、带孔无穷大板单向拉伸的弹性力学平面问题、受圆形均布荷载半空间体的三维轴对称问题进行了自适应分析,最终不仅给出了满足误差限的函数(位移)解,也给出了具有优良性态的导数(应力)解,从而为无穷域问题的求解提供了一种高效可靠的新途径。
文摘基于单元能量投影(element energy projection,EEP)法和边值问题固端法的思想,将其扩展至运动方程问题。该文以单自由度线性元为例,采用Taylor级数渐近展开,对问题的求解进行实质性简化计算;探讨了不经有限元求解便可进行先验定量误差估计的算法;进而实现了自适应单元步长的先验估计和确定。该文给出初步算例,验证了该方法的可行性和有效性。
