Методы автоматического построения пространственной гранично-элементной сетки на примере решения контактных задач
Диссертация
В начале 1970;х гг. последние достижения в формулировке конечных элементов начали обнаруживать их связь с формулировкой граничных интегральных уравнений и привели к появлению обобщенных криволинейных элементов. В 1970 году К. Бреббия исследовал связь различных приближенных методов с граничными интегральными уравнениями и впервые применил термин «Метод граничных элементов». Развитие сравнительно… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Метод граничных элементов в пространственных контактных задачах механики твердых тел
- 1. 1. Основные положения теории упругости, необходимые для построения различных моделей механики твердых тел
- 1. 1. 1. Условные обозначения
- 1. 1. 2. Сосредоточенные силы в упругом теле
- 1. 1. 3. Тензор перемещения Грина
- 1. 1. 4. Тензор влияния Кельвина
- 1. 1. 5. Решение Миндлина
- 1. 2. Контактная задача для заглубленного в упругое полупространство абсолютно жесткого штампа произвольной формы
- 1. 2. 1. Постановка задачи
- 1. 2. 2. Граничные интегральные уравнения
- 1. 2. 3. Численное решение
- 1. 2. 4. Упругое полупространство с условиями понижения порового давления
- 1. 3. Программные средства для решения контактных задач теории упругости методом граничных элементов
- 1. 3. 1. Преимущество метода граничных элементов для решения контактных задач на ЭВМ
- 1. 3. 2. Основные этапы решения контактных задач
- 1. 3. 3. Проблема расширяемости и модификации существующих программ
- 1. 4. Эффективная дискретизация поверхностей при численном решении пространственных контактных задач
- 1. 4. 1. Основные требования к гранично-элементной дискретизации контактных поверхностей
- 1. 4. 2. Гранично-элементное представление контактных поверхностей сложной формы
- 1. 4. 3. Дискретизация осесимметричных поверхностей
- 1. 4. 4. Дискретизация плоских граничных макроэлементов
- 1. 5. Выводы
- 1. 1. Основные положения теории упругости, необходимые для построения различных моделей механики твердых тел
- Глава 2. Методы автоматической гранично-элементной дискретизации
- 2. 1. Гранично-элементные сетки на поверхности конструкций осесимметричного и блочного типа
- 2. 1. 1. Гранично-элементные сетки на осесимметричных конструкциях
- 2. 1. 2. Гранично-элементные сетки на конструкциях блочного типа
- 2. 2. Методы интерактивного построения гранично-элементной сетки
- 2. 2. 1. Пространственное перемещение вершин
- 2. 2. 2. Добавление новых вершин и граней
- 2. 2. 3. Удаление вершин и граней
- 2. 2. 4. Проверка граничной поверхности на правильность
- 2. 2. 5. Объединение граней
- 2. 2. 6. Дискретизация граней
- 2. 2. 7. Пример интерактивного построения поверхности сложной формы
- 2. 3. Построение гранично-элементной сетки методом композиций
- 2. 3. 1. Проверка гранично-элементных сеток на замкнутость
- 2. 3. 2. Приведение гранично-элементной сетки к замкнутому виду
- 2. 3. 3. Метод композиций
- 2. 3. 4. Нумерация граничных элементов
- 2. 3. 5. Алгоритм метода композиций
- 2. 4. Хеш-таблицы для быстрого поиска в алгоритмах построения гранично-элементной сетки
- 2. 4. 1. Хеш-таблица для узлов
- 2. 4. 2. Хеш-таблица для граничных элементов
- 2. 5. Выводы
- 2. 1. Гранично-элементные сетки на поверхности конструкций осесимметричного и блочного типа
- Глава 3. Визуальная среда построения пространственных гранично-элементных сеток и решения контактных задач
- 3. 1. Программная модель визуальной среды SBEM-Contact
- 3. 1. 1. Структура программы
- 3. 1. 2. Библиотека типов
- 3. 1. 3. Утилиты
- 3. 2. Утилиты геометрического построения гранично-элементной сетки
- 3. 2. 1. Утилиты генерации гранично-элементной сетки на осесимметричных и блочных конструкциях
- 3. 2. 2. Утилита построения пространственных гранично-элементных сеток методом композиций
- 3. 2. 3. Утилиты корректировки гранично-элементной сетки
- 3. 3. Утилита решения пространственных контактных задач для абсолютно жесткого штампа заглубленного в упругое полупространство
- 3. 3. 1. Форма ввода
- 3. 3. 2. Отображение контактных напряжений на поверхности цветом
- 3. 4. Проблемы решения системы линейных алгебраических уравнений больших размеров
- 3. 4. 1. Параллельные вычислительные системы
- 3. 4. 2. Алгоритм решения линейно-алгебраических систем больших размеров на кластерах
- 3. 5. Выводы
- 3. 1. Программная модель визуальной среды SBEM-Contact
Список литературы
- Абросимов Н. А., Баженов В. Г. Нелинейные задачи динамики композитных конструкций: Монография. Нижегород. гос. ун-т им. Н. И. Лобачевского. — Н. Новгород: Изд-во Нижегород. гос. ун-та, 2002. — 399 с.
- Адлуцкий В. Я. Вычисление коэффициентов интенсивности напряжений в угловых точках плоского тела прямым методом граничных элементов. // сб. науч. тр. Компьютерные методы в задачах прикладной математики и механики. Киев: НАН Украины, 1998. — С. 4 — 10.
- Айзикович С. М. Контактные задачи теории упругости для неоднородных сред: автореферат дис. д-ра физ.-мат. наук: 01.02.04 / Ростов, гос. ун-т- науч. консультанты: В. М. Александров, А. В. Белоконь. Ростов н/Д: Б.и., 2003. — 32 с.
- Алейников С. М. Метод граничных элементов в контактных задачах для упругих пространственно неоднородных оснований. М.: АСВ, 2000 — 754 с.
- Алейников С. М, Бахтин А. А. Генерация пространственных гранично-элементных сеток для осесимметричных фундаментных конструкций. // Тез. докл. науч.-тех. конф. Новосибирск: НГАСУ, 2004. — Вып. 61. — С. 91 — 92.
- Алейников С. М, Бахтин А. А. Гранично-элементная дискретизация плоских областей в пространстве. // Мат. per. науч.-мет. конф. Информатика: проблемы, методология, технологии. Воронеж: ВГУ, 2004. — Вып. 4. — С. 6 — 9.
- Алейников С. М., Бахтин А. А., Тюкачев Н. А. Алгоритмы построения пространственных гранично-элементных сеток. // Мат. per. науч.-мет. конф. Информатика: проблемы, методология, технологии. Воронеж: ВГУ, 2004. -Вып. 4.-С.9- 11.
- Александров В. М, Чебаков М. И. Аналитические методы в контактных задачах теории упругости. М.: Физматлит, 2004. — 301 с.
- Александров В. М, Пожарский Д. А. Неклассические пространственные задачи механики контактных взаимодействий упругих тел. М.: Факториал, 1998.-288 с.
- Алехин В. В., Аннин Б. Д., Коробейников С. Н. Численное решение нелинейных осесимметричных задач с учетом контактных взаимодействий. // Межвуз. сб. науч. тр. Прикладные задачи механики сплошных сред. Воронеж: ВГУ, 199.-С. 21−28.
- Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Построение и анализ вычислительных алгоритмов: пер. с англ. М.: Мир, 1979. — 536 с.
- Баженов В. А., Оробей В. Ф., Дащенко А. Ф., Коломиец Л. В. Строительная механника. Специальный курс. Применение метода граничных элементов. -Одесса: Астропринт, 2001. 207 с.
- Баранов Л. В. Актуальные вопросы технологии современных САПР. // Тр. всероссийской конф. Прикладная геометрия, построение расчетных сеток ивысокопроизводительные вычисления. М.: ВЦ РАН, 2004. — Т. 2 -С. 131−142.
- Басов К. A. ANSYS в примерах и задачах. / Под общ. ред. Д. Г. Красковского. М.: Компьютер-Пресс, 2002. — 224 с.
- Безволев С. Г. Программные средства для проектирования фундаментных плит и перекрестных лент. // Промышленное и гражданское строительство. -2003. -№ 1.-С. 39−40.
- Березанцев В. Г., Ксенофонтов А. И., Платонов Е. В., Сидоров Н. Н., Яро-шенко В. А. Механика грунтов, основания и фундаменты. Под ред. д. т. н. проф. Березанцева В. Г. М.: ТРАНСЖЕЛДОРИЗДАТ, 1961. — 340 с.
- Бобылев А. А. Применение вариационного метода к решению задачи о контактном взаимодействии упругой полуплоскости с жестким штампом. // сб. науч. тр. Компьютерные методы в задачах прикладной математики и механики. Киев: НАН Украины, 1998. — С. 19 — 24.
- Богданов П., Попов М. Еда и кластеры на скорую руку. // Компьютерра. -2002. № 5 (430). С. 31 — 33.
- Боголюбов А.Н., Красилъникова А. В., Минаев Д. В., Свешников А. Г. Метод конечных разностей для решения задач синтеза волноведущих систем. // Математическое моделирование. М.: РАН, 2000. — Т. 12, № 1 — С. 13−24.
- Боровиков С. П. Использование апприорной геометрической информации для уменьшения вычислений с применением арифметики повышенной точности при построении трехмерных триангуляций. // Математическое моделирование. М.: РАН, 2000. — Т. 12, № 2 — С. 40 — 48.
- Боровиков С. Н. Проблемы построения трехмерной триангуляции Делоне для тел с криволинейной границей. // Математическое моделирование. М.: РАН, 2000. — Т. 12, № 2 — С. 49 — 60.
- Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел Л. Методы граничных элементов: пер. с англ. М.: Мир, 1987. — 524 с.
- Бреховских JT. М., Гончаров В. В. Введение в механику сплошных сред: В приложении к теории волн / АН СССР, отд-е океанолог., физ. атмосф. и геогр. -М.: Наука, 1982.-335 с.
- Букатов А. А., Дацюк В. Н., Жегуло А. И. Программирование многопроцессорных вычислительных систем. Ростов-на-дону.: ЦВВР, 2003. — 208 с.
- Васидзу К. Вариационные принципы в теории упругости и пластичности. -М.: Мир, 1987.-542 с.
- Васик Е. В., Ковура А. Б. К решению контактной задачи для упругой полуплоскости с учетом пригрузки. // сб. науч. тр. Компьютерные методы в задачах прикладной математики и механики. Киев: НАН Украины, 1998. — С. 24 -27.
- Бахтин А. А. Автоматизация построения гранично-элементных сеток для решения статических задач теории упругости. // Мат. междун. науч. конф. образование, наука, производство и управление в XXI веке. С. Оскол: СОТИ, 2004.-Т. I.-C. 274−278.
- Бахтин А. А. Алгоритмы автоматического моделирования многогранников. // Межвузовский сб. науч. тр. Математическое обеспечение ЭВМ. Воронеж: ВГУ, 2002. — Вып. 4. — С. 27 — 31.
- Бахтин А. А. Генерация гранично-элементной сетки на поверхностях осесимметричных конструкций. // Мат. per. науч.-мет. конф. Информатика: проблемы, методология, технологии. Воронеж: ВГУ, 2004. — Вып. 4. -С. 48−52.
- Бахтин А. А. Генерация пространственных сеток для решений контактных задач методом граничных элементов. // Мат. науч.-практ. семинара Новые информационные технологии. М.: Российская академия естественных наук, 2004.-Вып. 7.-С. 110−118.
- Бахтин А. А. Метод композиций для построения пространственных гранично-элементных сеток. // Мат. междун. науч. конф. Современные проблемы прикладной математики и математического моделирования. Воронеж: ВГТА, 2005.-С. 54.
- Бахтин А. А. Программный пакет автоматизированного твердотельного проектирования. // Мат. per. науч.-мет. конф. Информатика: проблемы, методология, технологии. Воронеж: ВГУ, 2003. — Вып. 3 — С. 29 — 32.
- Верещагин Н. К., Шень А. Лекции по математической логике и теории алгоритмов. Часть 1. Начала теории множеств. М.: МЦНМО, 1999. — 128 с.
- Вервейко Н. Д., Смотрова О. А. Предельное напряженно-деформированное состояние связной сыпучей среды. // Межвуз. сб. науч. тр. Прикладные задачи механики сплошных сред. ВоронежЖ ВГУ, 1999. — С. 71 — 76.
- Воеводин В. В. Численные методы алгебры (теория и алгоритмы). М.: Наука, 1966.-248 с.
- Воеводин В. В., Воеводин В. В. Параллельные вычисления. СПб.: БХВ, 2002. — 600 с.
- Ворович И. И., Александров В. М, Бабешко В. А. Неклассические смешанные задачи теории упругости. М.: Наука, 1974. — 455 с.
- Виленкин Н. Я. Комбинаторика. М.: Наука, 1969. — 328 с.
- Галлагер Р. Метод конечных элементов: Основы / пер. с англ. Картвели-швили В. М. под ред. Баничука Н. В. М.: Мир, 1984. — 428 с.
- Гантер Д., Барнет С., Гантер Л. Интеграция Windows NT и Unix в подлиннике. СПб.: BHV, 1998. -464 с
- Гардан К, Люка М. Машинная графика и автоматизация конструирования: пер. с франц. М.: Мир, 1987. — 272 с.
- Гибилман Е. Е., Назратенко Б. П. Мосты и сооружения на дорогах. М.: Транспорт, 1972. — Ч. I — 408 с.
- Годунов С. К. Элементы механики сплошной среды. М.: Наука, 1978. -304 с.
- Голуб Д., Ванлоун Ч. Матричные вычисления: Пер. с англ. М.: Мир, 1999. — 548 с.
- Горностаев А. В. Строительство зданий и сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов. // Монтаж и спец. работы в строительстве. -2002.-№ 12.-С. 14−19.
- Донченко М, Рябенький М. Особенности использования программных средств для модификации AutoCAD. // CAD master. 2004. — № 5. — С. 10−15.
- Дорошенко А. Е. Математические модели и методы организации высокопроизводительных параллельных вычислений. Киев: Наукова думка, 2002. -180 с.
- Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике: Пер. с англ. М.: Мир, 1976.-545 с.
- Зуев С., Полещук Н. САПР на базе AutoCAD как это делается. — Спб.: БХВ, 2004.- 1168 с.
- Ивлев Д. Д. Теория предельного состояния и идеальной пластичности: избранные работы. Воронеж: ВГУ, 2005. — 357 с.
- Ильина О. Н. Стратегии устойчивого развития систем автоматизированного проектирования в строительстве. // Промышленное и гражданское строительство. 2003. -№ 7. — С. 51.
- Ильина В. А., Силаев 77. К. Численные методы для физиков-теоретиков. -М.-Ижевск: Ин-т комп. иссл., 2003. Ч. I. — 132 с.
- Каплун А. Б., Морозов Е. М, Олферьева М. A. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. М.: УРСС, 2003. — 269 с.
- Ковнеристов Г. Б. Интегральные уравнения контактной задачи теории упругости для заглубленных штампов // Сб. научн. тр. Киев: Киевский инж.-строит. ин-т, 1962. — Вып. 20. — С. 200−213.
- Корнишин М. С., Паймушин В. Н., Снигирев В. Ф. Вычислительная геометрия в задачах механики оболочек. М.: Наука, 1989. — 208 с.
- Коробкин В. Д. Статически определимые поля напряжений осесимметрич-ной задачи теории пластичности. // Межвуз. сб. науч. тр. Прикладные задачи механики сплошных сред. Воронеж: ВГУ, 1999. — С. 143 — 148.
- Кузнецов О. П., Андельсон-Вельский Г. М. Дискретная математика для инженера. М.: Энергия, 1980. — 344 с.
- Купрадзе В. Д. Граничные задачи теории колебаний и интегральные уравнения. М.: Гостехиздат, 1950. — 280 с.
- Ласло М. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++: пер. с англ. М.: БИНОМ, 1997. — 304 с.
- Лацис А. О. Как построить и использовать суперкомпьютер. М.: Бестел-лер, 2003.-238 с.
- Лисов В. М. Мосты и трубы: учеб. пособие. Воронеж: ВГУ, 1995. 328 с.
- Ломазов В. А. Задача диагностики упругих полуограниченных тел. // Прикладная математика и механика. 1989. — Т. 53. — Вып. 5. — С. 766 — 772.
- Максимова Л. А. К задаче о вдавливании штампа в идеальнопластическую среду. // Межвуз. сб. науч. тр. Прикладные задачи механики сплошных сред. -Воронеж: ВГУ, 1999. С. 164 — 168.
- Малинин Н. Н. Кто есть кто в сопротивлении материалов / Под ред. Данилова В. Л. М.: Изд-во МГТУ, 2000. — 244 с.
- Мейз Дж. Теория и задачи механики сплошных сред / Пер. с англ. Свешниковой Е. И.- Под ред. Эглит М. Э. М.: Мир, 1974. — 318с.
- Михайленко К. Параллельный стиль. // Компьютерра. 2002. № 5 (430). -С. 28−30.
- Михлин С. Г. Вариационные методы в математической физике. М.: Наука, 1970.-512 с.
- Морозов Е. М. Контактные задачи механики разрушения. М.: Машиностроение, 1999. — 543 с.
- Мусхелишвили Н. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М.: Мир, 1966. — 707 с.
- Немнюгин С. А., Стесик О. Л. Параллельное программирование для многопроцессорных вычислительных систем. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. -400 с.
- Ниман Т. Сортировка и поиск: Рецептурный справочник: Пер. с англ. М.: Мир, 1998.-50 с.
- Новацкий В. Теория упругости. М.: Мир, 1975. — 872 с.
- Ортега Дж. Введение в параллельные и векторные методы решения линейных систем: пер. с англ. М.: Мир, 1991. — 367 с.
- Пальянов П. Повышение эффективности проектных работ на основе информационных технологий. // CAD master. 2004. — № 5. — С. 58 — 60.
- Погорелое А. В. Изгибания поверхностей и устойчивость оболочек / Нац. АН Украины, Физико-техн. ин-т низких температур .— 2-е изд., доп. — Киев: Наукова Думка, 1998 .— 199 с.
- Погорелое В. AutoCAD: трехмерное моделирование и дизайн. Спб.: БХВ, 2003. — 288 с.
- Потемкин А. Трехмерное твердотельное моделирование. М.: КомпьютерПресс, 2002. — 296 с.
- Препапа Ф., Шеймос М. Вычислительная геометрия. Введение: пер. с англ.- М.: Мир, 1989. 478 с.
- Пресняков Н. И. Экономическая эффективность и систематотехника проектирования виртуальных объектов строительства. // Промышленное и гражданское строительство. 2003. — № 7. — С. 49 — 50.
- Райан Д. Инженерная графика в САПР: пер. с англ. М.: Мир, 1989. -391 с.
- Розин JI. А. Задачи теории упругости и численные методы их решения. -СПб.: СПбГТУ, 1998. 532 с.
- Рофейл Э., Шохауд Я. СОМ и СОМ+. Полное руководство: пер. с англ. -Киев: ВЕК+, 2000. 560 с.
- Саргсян А. Е. Сопротивление материалов, теории упругости и пластичности: Основы теории с примерами расчетов: Учебник для студ. вузов, обуч. по техн. специальностям. 3-е изд., испр. — М.: Высшая школа, 2002. — 285 с.
- Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 4-е изд. СПб.: Питер, 2002. -704 с.
- Таненбаум Э. Современные операционные системы. 2-е изд. СПб.: Питер, 2002.- 1040 с.
- Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости / Пер. с англ. М.И. Рейт-мана, под ред. Г. С. Шапиро. 2-е изд. — М.: Наука: Физматлит, 1979. — 560 с.
- Трощиев В.Е., Шагалиев P.M. Проблема совмещения конечно-разностных и конечно-элементных схем в задачах газовой динамики с теплопроводностью. // Математическое моделирование. М.: РАН, 2000. — Т. 12, № 1 — С. 4 — 11.
- Тюкачев Н. А., Свиридов Ю. Т. Delphi 5. Создание мультимедийных приложений. М.: Нолидж, 2000. — 384 с.
- Уилкинсон Р. Справочник алгоритмов на языке АЛГОЛ. Линейная алгебра: пер. с англ. М.: Машиностроение, 1976. — 389 с.
- Фаддеев, Д. К, Фаддеева В. Н. Вычислительные методы линейной алгебры. 3-е изд., стер. — СПб.: Лань, 2002. — 733 с.
- Хармон Э. Разработка СОМ-приложений в среде Delphi: пер. с англ. М.: Вильяме, 2000. — 464 с.
- ХЛ.Хаусдорф Ф. Теория множеств: пер. с нем. М.: УРСС, 2004. — 304 с.
- Чигарев А. В. Стохастическая и регулярная динамика неоднородных сред / Под ред. Е. И. Шемякина. Минск: Технопринт, 2000. — 425 с.
- Шемякин Е. И. Введение в теорию упругости: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ, 1993.-95 с.
- Шишов О. В. Контактная задача для осесимметричных заглубленных штампов. // Сопротивление материалов и теория сооружений. Киев: Буди-вельник, 1971.-Вып. 13-С. 60−66.
- Cisilino А. P., Alibadi М. Н. A boundary element method for three-dimensional elastoplastic problems. // Engineering Computations. 1998. — № 8 — P. 1011 — 1030.
- Dell’Erba D. N., Aliabadi M. H., Rooke D. P. Dual boundary element method for three-dimensional thermoelastic crack problems. I I International Journal of Fracture. 1998. — № 1 — P. 89 — 101.
- Frangi A. Fracture propagation in 3D by the symmetric Galerkin boundary element method. // International Journal of Fracture. 2002. -№ 4-P. 313- 330.
- Leontiev A., Huacasi W., Herskovits J. An optimization technique for solution of the signorini problem using the boundary element method. // Structural and Multid-isciplinary Optimization. 2002. — № 1 — P. 72 — 77.
- Minch M. Y., Dmochowski G. Boundary element method analysis of RC panels. // тезисы докладов XVI Междун. конф. Математическое моделирование в механике деформируемых тел. Методы граничных и конечных элементов. Т. 1 -СПб.: СПбГАСУ, 1998. С. 21 — 22.
- Podil’chuk Yu. N., Rubtsov Yu. К. Development of the boundary-element method for three-dimensional problems of static and nonstationary elasticity. // International Applied Mechanics 2004. — № 2. — P. 160 — 168.
- Shi Jun Ping, Liu Xie Hui, Chen Yi Heng A complex variable boundary element method for solving interface crack problems. // International Journal of Fracture. -1999.-№ 2-P. 167- 178.