【摘 要】
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自然界的流动现象往往伴随着边界的边界层效应。对于边界层的流体问题,从空间离散上设计包含大梯度基函数的有限元空间,需要直接构造网格,这是非常不经济的,将很大程度上影响
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自然界的流动现象往往伴随着边界的边界层效应。对于边界层的流体问题,从空间离散上设计包含大梯度基函数的有限元空间,需要直接构造网格,这是非常不经济的,将很大程度上影响计算效率,并且使用非结构化网格很难既满足计算精度,控制网格数量。通过使用杂交网格技术,可以很好地克服这一困难。本文建立了标准杂交有限元方法以及非标准杂交有限元方法的解法器,运用具有真解的泊松方程来验证两种有限元杂交方法的正确性。解法器包括5个部分:三角形网格和四边形网格区域离散,不同类型网格插值基函数的建立,不同类型网格的单元坐标变换,杂交刚度矩阵和右端向量的构造与合成,求解与验证。验证后的标准杂交元解法器和非标准杂交元解法器所得到的解,符合收敛数量阶,成功模拟了大部分市面上现有的杂交网格算法。根据时下新出现的非标准线性四边形单元的理论,修改本文中构建的非标准四边形解法器,开发出了非标准线性四边形的解法器,并验证了求解的正确性。并利用非标准线性四边形与非标准三角形方法进行杂交,提出了非标准线性杂交有限元这一种新的杂交有限元方法,这种杂交网格解决了非标准线性四边形元中的锁闭现象,对于这种新的算法进行验证,结果证明这种算法符合收敛数量阶,求解正确。为了验证非标准线性杂交有限元方法求解边界层问题的优势,本文运用-个具有大梯度边界层的算例来对比这种新算法与已有的杂交元或者单一网格元的求解精度和求解时间。结果表明,大规模求解时,这种新算法在不丢失求解精度的前提下,求解速度至少提高60%以上。这种新算法大大提高了大规模求解边界层问题时的效率,为工程中的有限元问题提供了新的解决方案。
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