Richardson外挿法
Richardson外挿法
理论与物理
概述
老师！ 今天要讲的是Richardson外推法对吧？ 那到底是什么呢？
从三个级别的网格结果中估算网格无关解。同时计算出收敛阶数p的观测值。是解验证的基本方法。
控制方程
$$ f_{exact} \approx f_1 + \frac{f_1 - f_2}{r^p - 1} $$
$$ r = \frac{h_2}{h_1},\quad p = \frac{\ln\frac{f_3-f_2}{f_2-f_1}}{\ln r} $$
听到这里，我终于明白为什么描述外推法的基础如此重要了！
离散化方法
这个方程，在计算机上实际是怎么求解的呢？
使用有限元法（FEM）进行空间离散化。组装单元刚度矩阵，构建整体刚度方程。
矩阵求解算法
矩阵求解算法，具体指的是什么呢？
通过直接法（LU分解、Cholesky分解）或迭代法（CG法、GMRES法）求解联立方程。对于大规模问题，带预处理的迭代法非常有效。
| 解法 | 分类 | 内存使用量 | 适用规模 |
|---|---|---|---|
| LU分解 | 直接法 | O(n²) | 小～中规模 |
| Cholesky分解 | 直接法（对称正定） | O(n²) | 小～中规模 |
| PCG法 | 迭代法 | O(n) | 大规模 |
| GMRES法 | 迭代法 | O(n·m) | 大规模·非对称 |
| AMG预处理 | 预处理 | O(n) | 超大规模 |
也就是说在有限元法这部分偷懒的话，后面会吃苦头对吧。我铭记在心！
商用工具中的实现
那么，要做Richardson外推法可以用什么软件呢？
| 工具名 | 开发商/现状 | 主要文件格式 |
|---|---|---|
| MSC Nastran / NX Nastran | MSC Nastran（Hexagon）、NX Nastran（Siemens Digital Industries Software） | .bdf, .dat, .f06, .op2, .pch |
| Abaqus FEA (SIMULIA) | Dassault Systèmes SIMULIA | .inp, .odb, .cae, .sta, .msg |
| Ansys Mechanical (原ANSYS Structural) | Ansys Inc. | .cdb, .rst, .db, .ans, .mac |
| Ansys Fluent | Ansys Inc. | .cas, .dat, .msh, .jou |
| Simcenter STAR-CCM+ | Siemens Digital Industries Software | .sim, .java, .csv |
| COMSOL Multiphysics | COMSOL AB | .mph |
| OpenFOAM | 开源（OpenCFD/ESI、OpenFOAM Foundation） | 字典文件（blockMeshDict等）, .foam |
供应商谱系与产品整合历程
各个软件的诞生过程，是不是还挺有戏剧性的？
MSC Nastran / NX Nastran
接下来是MSC Nastran的内容对吧？具体是什么？
1960年代作为NASA结构分析（NASTRAN）开发。MSC Software将其商业化，之后UGS（现Siemens）派生出NX Nastran。MSC于2017年被Hexagon AB收购。
当前归属：MSC Nastran（Hexagon）、NX Nastran（Siemens Digital Industries Software）
Abaqus FEA (SIMULIA)
Abaqus FEA，具体指的是什么？
1978年由HKS (Hibbitt, Karlsson & Sorensen) 开发。2005年被达索系统收购，并整合到SIMULIA品牌下。
当前归属：Dassault Systèmes SIMULIA
等等等等，结构分析的话，也就是说这种案例也能用吗？
Ansys Mechanical (原ANSYS Structural)
请讲讲「Ansys Mechanical」！
哦～，结构分析的话题，超级有趣！请再多讲一些。
文件格式与互操作性
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