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无网格法理论及MATLAB程序
1.1 前言
前言

跨越呆板的网格,拥抱活泼的粒子,它超凡脱俗!

不落窠臼,追求自由,它承载梦想!

由远及近,由疏到密,它自成秩序!

有它,几多难题,应声而破!

有它,古法新技,流光溢彩!

多少人,因它蜚声海外,志得意满!

又有多少人,因它骨立形销,日夜苦索!

它,既是新的,也是旧的!

它,似曾相识,又影影绰绰!

没有它,这里也许平静如杯中水,泛不起些许涟漪!

没有它,这里也许孤寂如黄土塬,见面面容易拉话话难!

也许,它不过是昙花一现,芬芳吐尽,悄然而逝!

也许,它就是未来!

它,就在你的前方!

它,就是无网格法。

上面十五行文字是作者对无网格法的一点肤浅见解,写在前言部分是希望激发科研工作者以及研究生们对无网格法的兴趣。学习无网格法,不仅要熟悉它的理论,更要深入剖析它所蕴含的思想内涵。

无网格法,顾名思义是不需要网格的,由节点或粒子的关系来建立相应的理论体系。由于脱离了网格的束缚,很多网格类方法解决不了或解决起来难度比较大的问题,比如裂纹扩展、大变形等问题,无网格法都能较好地解决。无网格法在发展的过程中,其思想也深深地影响和改变着其他数值方法,比如扩展有限元法、数值流形法、边界元法等。虽然无网格法已经提出二十多年了,依然有很多问题没有解决,仍然是科学与工程计算领域的热点、难点问题之一。

在国家自然科学基金(批准号:51769026,51269024)和宁夏自然科学基金(批准号:NZ17002)的资助下,作者开展了无网格法理论以及无网格法在井下岩层复合射孔爆燃气体劈裂过程分析和冻融循环下宁夏引黄灌区渠道冻土多物理场耦合机理及衬砌破坏规律研究。本书内容主要源于这些项目资助下的部分研究成果,重点介绍了伽辽金型无网格法的基本原理、工程应用和程序实现。书中给出了大量的数值算例,并在每章中都提供了相应的MATLAB程序,便于读者理解无网格法的原理和程序实现,同时也为研究工作者改进算法提供参考。

本书共分7章。内容安排如下:

第1章简要介绍无网格法的发展历程和研究现状,并进行了粗浅的评价;

第2章介绍移动最小二乘近似和径向基点插值等无网格法近似函数的构建;

第3章讲述弹性静力学问题的无网格伽辽金法、径向基点插值无网格法和光滑伽辽金法;

第4章是基于无网格伽辽金法和光滑伽辽金无网格法求解弹性动力学问题;

第5章讲述无网格法在裂纹尖端场以及多裂纹问题中的应用;

第6章讲述裂纹扩展模拟的无网格法;第7章是无网格法求解摩擦接触问题。本书可供计算数学、力学、航空航天、机械、土木和水利等相关专业的科研技术人员、教师和研究生参考使用。

本书在编写过程中,得到了宁夏大学数学统计学院冯秀芳教授、葛永斌教授和刘国军教授的热情支持。作者对他们表示衷心的感谢。

本书的出版受到宁夏回族自治区宁夏科学工程计算与数据分析重点实验室的资金资助,在此表示感谢!

在本书出版之际,作者衷心感谢我的硕士生导师王燕昌教授、博士生导师师俊平教授和李宁教授对我的研究工作的指导和帮助!

感谢我的家人长期以来对我学业和工作的无私支持!

限于作者水平,书中难免有许多不足与不妥之处,敬请批评指正。

马文涛

2019年2月25日