1
无网格法理论及MATLAB程序
1.7.2.1 5.2.1 权函数修正法
5.2.1 权函数修正法

可视方法是最简单的一种权函数修正法,其基本思想是视所有问题域中的内、外边界为不透明的,如果取值点和节点之间的连线与边界线相交,则该点将被从节点影响域中排除,不参与近似函数的构造。如图5.3 所示,节点I 的影响域完全被裂纹线切割,阴影部分内的节点都被排除出其影响域;节点A 的影响域部分被裂纹切割,阴影部分内的节点也将被排除。图5.4 为根据可视方法定义绘制的形函数图。很显然,可视方法除了在裂纹线上引入不连续近似,还在域内的某些线上(如OB 线段)人为引入不连续性(见图5.3、图5.4),这将导致不精确的计算结果。

图5.3 可视方法

图5.4 可视方法定义的形函数

衍射法的思想源于光在遇到尖角时会发生衍射,但它与光学没有任何联系。衍射法也将不连续线视为不透明的,但取值点与节点间的连线可绕过不连续线的尖角,如图5.5 所示。相应地,取值点x 与节点I 的有效距离可由下式给出

其中S0(x)=‖x-xI‖,S1=‖xc-xI‖,S2(x)=‖x-xc‖,具体定义见图5.6,λ 为参数,通常取1 或2。图5.7 为当节点靠近裂尖时的衍射法得到的形函数。从图5.7 可以看出,衍射法可以有效地消除域内的不连续性,更适合非凸边界。衍射法的不足之处在于其形函数在裂尖处的形式极为复杂,且其导数变化剧烈,另外衍射法也很难推广到多裂纹和三维断裂问题。

透明法是Organ 等[106]提出的另一种处理不连续问题的方法,其实现过程类似衍射法。透明法将不连续线视为具有一定透明度的线,其尖端看作是完全透明的,从而消除不连续;其余部分不连续线的透明度随着与不连续线尖端距离的增大而减小。当节点离裂纹过近时,裂纹与节点到裂尖连线的夹角非常小,从而导致近似函数存在陡峭的梯度。与衍射法相比,透明法更易推广到三维问题。

图5.5 衍射法

图5.6 衍射法在非凸边界附近建立光滑权函数

图5.7 衍射法定义的形函数