1
无网格法理论及MATLAB程序
1.5.2 3.2 无网格Galerkin法(EFGM)
3.2 无网格Galerkin法(EFGM)

1994年,为了避免FEM 面临的网格生成、重构以及其他与网格有关的困难,Belytschko 等[6]提出EFGM。基于散乱数据的灵活插值、任意阶的光滑形函数、超收敛的数值结果以及在断裂力学问题中的成功表现,使EFGM 很快成为了计算力学和工程领域众多研究者关注的热点,同时也掀起了无网格方法研究的热潮。到目前为止,已提出几十种无网格方法,并在偏微分方程数值解、金属冲压成形、高速冲击、裂纹动态扩展、流固耦合和局部化等诸多领域取得令人满意的成果。尽管无网格法种类繁多,但极少有数值方法能同时兼顾EFGM 的灵活性、高精度和稳定性。因此,EFGM 仍然具有十分重要的研究价值和地位。下面将以弹性力学问题为例详细介绍EFGM 的基本原理。

上节中已经给出了二维弹性力学问题的偏微分方程和边界条件,具体形式为:

其中uT=[u,v]是Ω 内任意一点的位移向量,σT=[σxx,σyy,τxy]为应力向量,εT=[εx,εy,γxy]为应变向量,bT=[bx,by]是体力向量分别表示自然边界Γt上给定的面力和位移边界Γu上给定的位移。根据方程(3.27),(3.28)和(3.22),弹性体对应的势能方程为

正如上一章描述的,MLS 的近似函数不具有Kronecker delta 函数性质,即Nj(xi)≠δij。这意味着近似函数不具有插值性质,即,因此本质边界条件不能够直接施加,需要一些特殊的处理方法。这些方法可以主要分为边界配置法[83-85]、拉格朗日乘子法[4,12]、修正变分原理[83,86]、罚函数法[87,88]与有限元耦合法[61,62,89]等。本节中将依次介绍拉格朗日乘子法和罚函数法。