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大口径高压锅炉管的无单元法的产生

发表时间：2020-07-02 18:20:33

　　大口径高压锅炉管的无单元法的产生与***进展：众所周知，有限元法在解决高梯度场问题、加工成型、高速冲击问題、动态断裂问题、无限域问题、奇异问题等失去了它在人们心中的“无坚不摧”的表象，这些问题是有限元法自身固有的、难以避开的弱点。然而人们总不愿意在数值计算领域取得如此骄人成绩的同时困顿于上述问题之中，这是工程实践的迫切要求，也是科技发展的内在动力，所以对于新型数值方法人们一直在探索之中。其实有限元法在上述问题上失去效应的根本原因在于有限元的“单元”化及位移描述的失真，因为无论是裂缝扩展、高速冲击、轧制成型或是其他高梯度场问題，都存在着介质体内的有限元网格严重琦变，单元失去了原有位移模式的正确描述，断开的网格不得不重新剖分。有人寄希望于自适应单元自动生成技术，但就目前来讲，对复杂结构的处理上运算时间太长，况且也仅在平面问题上有所建树，对三维问题上仍“力不从心”。再者，即使能自动剖分，许多问题的位移模式也需要高阶完备性描述，这对有限元方法无疑是很大的困难。总而言之，即便有限元法发展到如此成熟的今天，从理论基础到误差估计都相当完善，但客观存在着它无能为力的计算领域（但需说明的是这并未失去有限元法在20世纪取得的巨大成就），由此作为数值计算方法的重要补充与扩展，一类新型的数值计算方法—无单元法（或无网格法）便应运而生。

　　大口径高压锅炉管的无单元法的发畏状况：无单元法的产生到现在不过二十多年的历史，但出乎预料地出现一片繁荣的景象，并在短短的几年内迅速从单一的应用领域迅速扩展到其他场类的分析（如渗流场、电磁场等）。正如有限元法当年迅猛发展的势头，也就在近十年左右的时间无单元法就产生了十几种代表形式。如光滑质点流体动力学法、多象限法、弥散单元法、小波伽辽金法、无单元伽辽金法、再生积分核质点法“移动最小二乘积分核方法、HP云团法、HP无网格云团方法"、单位分解法、无单元流形方法以及自然单元法等。这些方法称谓不一，但它们有个共同的特点就是摆脱单元的束缚产生场函数。其实，无单元法命名尚欠准确，比较权威的无单元法研究学者在他们关于无单元法描述的文章里也对其命名无所适从，认为命名问题尚待解决。之后，在国内外学者的文章里称作无网格法或称无单元法比较流行；尤其无单元法似乎更多些，本书可能将二者串用以为叙述之便。但应有统一的学术组织或权威人士将其统一，使于研究及文献查询。

　　大口径高压锅炉管伴随着热轧无缝钢管业一百多年来的发展，从事热轧无缝钢管装备及工艺研究的几代人，将自己毕生的精力都奉献给了无缝钢管制造业，他们孜孜不倦地在理论研究、设备研发与设计制造、生产工艺、控制技术等诸多方面进行了卓有成效的探索与实践，用他们的聪明和智慧，不断书写并刷新着钢管制造行业的历史。新中国成立以来，我国在热轧无缝钢管行业的理论研究与设计制造上，表现出了强大的活力。特别是改革开放以来，钢管领城的理论研究、设备研发与设计制造、工艺控制技术等方面都取得了长足的发展，轧制理论与控制技术的创新，锥形辊穿孔机组、少机架限动芯棒连轧管机组和集中差速可调式张力减径机组等装备技术的研发和应用表明了我国的热轧钢管技术从设备制造到工艺应用已居世界前列。