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改进节点积分的无单元Galerkin法及其在流动问题中的应用

2012-11-09王玉龙欧阳洁王晓东

空气动力学学报 2012年3期
关键词:方法

王玉龙,欧阳洁,王晓东,蒋 涛

(西北工业大学 理学院应用数学系,陕西 西安710129)

0 引 言

在流动问题中,对流扩散方程具有非常重要的地位。如何消除数值方法在对流占优时出现的数值伪振荡,一直是学者们关心的重点。目前,基于网格的数值方法是数值求解流动问题的主流方法,如有限差分法(Finite Difference Method,FDM)、有限元法(Finite Element Method,FEM)和有限体积法(Finite Volume Method,FVM)等,但此类方法得到的数值结果与网格质量有关,且复杂三维结构的有限元网格剖分也非常困难。

无网格方法是近年来发展起来的一类新的数值方法,该类方法基于点近似,不需要将节点连成单元,克服了网格类方法遇到的一些困难。其中,无单元Galerkin(Element Free Galerkin,EFG)法[1-4]由 于精度高、稳定性好等优点而备受学者青睐。标准的EFG方法需要在背景网格上计算积分,由于无网格近似函数不是多项式,积分不能精确计算,一般需要用到较高阶的 Gauss积分[2,4],从而增加了计算量。另外,运用标准的EFG方法求解对流占优的流动问题时会出现非物理的数值伪振荡现象[5]。

针对EFG方法计算量大的问题,一些学者提出了采用节点积分代替背景网格积分的方法。其中,Beissel等人[6]提出了直接节点积分方法,但该方法精度较低,稳定性较差。Nagashima[7]提出了基于局部Taylor展开的节点积分方法,解决了在结构分析中直接节点积分不稳定的问题,但Nagashima的方法在计算积分权值时要构造类似背景网格的“Bucket”。Liu等人[8]提出了基于全局Taylor展开的节点积分方法,然而该方法需要计算形函数的三阶导数。Dyka等人[9]提出了应力点积分,该方法需要添加辅助应力点,计算量是直接节点积分的两倍左右。……

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