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无额外自由度广义有限元的近不可压弹-塑性分析
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作者 马今伟 段庆林 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第2期220-226,共7页
研究了常规有限元方法在近不可压弹-塑性分析中的体积自锁问题,并在广义有限元框架下引入无额外自由度的强化函数对此问题进行了改进.一方面,插值函数在引入强化函数后获得了更加丰富的近似空间,提高了在体积近似不变约束下正确反映结... 研究了常规有限元方法在近不可压弹-塑性分析中的体积自锁问题,并在广义有限元框架下引入无额外自由度的强化函数对此问题进行了改进.一方面,插值函数在引入强化函数后获得了更加丰富的近似空间,提高了在体积近似不变约束下正确反映结构变形的能力;另一方面,强化函数的建立不依赖额外自由度,从而消除了传统广义有限元方法中的线性相关性问题.分析并验证了常规有限元在线弹性、超弹性和塑性分析中的体积自锁问题具有不同的触发条件和表现形式.3个典型的数值算例表明,无额外自由广义有限元能有效地缓解体积自锁并得到准确合理的计算结果. 展开更多
关键词 广义有限元 额外自由度 近不可压 体积自锁 弹塑性 超弹性
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金属体积成形过程的无网格RPIM方法分析 被引量:4
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作者 郑刚 伍素珍 +1 位作者 李光耀 崔向阳 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期41-46,共6页
建立了基于无网格径向点插值RPIM法的二维体积成形动态显式计算模型.采用具有Delta函数性质的RPIM形函数构造位移域,因此可以很方便地施加本质边界条件.基于防御节点法给出了二维接触碰撞问题的接触力计算方法,避免罚函数法罚因子选择问... 建立了基于无网格径向点插值RPIM法的二维体积成形动态显式计算模型.采用具有Delta函数性质的RPIM形函数构造位移域,因此可以很方便地施加本质边界条件.基于防御节点法给出了二维接触碰撞问题的接触力计算方法,避免罚函数法罚因子选择问题,以及拉格朗日乘子法不适合显式算法的问题.采用完全拉格朗日格式和弹塑性本构关系解决金属体积成形过程所涉及的几何非线性和材料非线性问题,并通过将工件变形分解为偏量部分和体积部分,有效消除金属体积成形中的体积自锁现象.数值算例表明,该算法可方便准确处理大变形畸变问题,是模拟金属体积成形过程的一种有效方法. 展开更多
关键词 金属体积成形 径向点插值法 接触 体积自锁
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基于光滑有限元法的体积锁定研究 被引量:3
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作者 王建明 张刚 +2 位作者 戚放 樊现行 余丰 《山东大学学报(工学版)》 CAS 北大核心 2012年第3期93-99,共7页
针对数值模拟中求解几乎不可压缩材料时产生的体积锁定问题,提出了2种基于光滑有限元法的解决方案。方案1基于光滑子单元域有限元法,通过将材料特性矩阵划分为剪切部分和挤压部分,利用选择积分分别形成相应的刚度矩阵,对产生体积锁定的... 针对数值模拟中求解几乎不可压缩材料时产生的体积锁定问题,提出了2种基于光滑有限元法的解决方案。方案1基于光滑子单元域有限元法,通过将材料特性矩阵划分为剪切部分和挤压部分,利用选择积分分别形成相应的刚度矩阵,对产生体积锁定的挤压部分运用一个光滑子单元进行计算,而对剪切部分运用多个光滑子单元进行计算;方案2综合应用光滑节点域有限元法和光滑边域有限元法,用免于体积锁定的光滑节点域有限元法计算挤压部分,用结果精确的光滑边域有限元法计算剪切部分。算例研究结果证明了2种方案的正确性和有效性,且方案2的计算精度高于光滑节点域有限元法。 展开更多
关键词 光滑有限元法 体积锁定 选择积分
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土体三维弹塑性分析中的体积闭锁分析及单元选择 被引量:1
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作者 杨军 宋二祥 陈肇元 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2000年第6期6-13,共8页
在材料不可压缩或胀/缩塑性流动情况下,传统低阶单元有体积闭锁问题。以摩尔-库仑模型为例,推导了塑性剪切应变和塑性体积应变的关系,揭示闭锁产生的原因。分析8节点等参元、Wilson非协调元、EAS单元和14节点单元的闭锁性态,表明8... 在材料不可压缩或胀/缩塑性流动情况下,传统低阶单元有体积闭锁问题。以摩尔-库仑模型为例,推导了塑性剪切应变和塑性体积应变的关系,揭示闭锁产生的原因。分析8节点等参元、Wilson非协调元、EAS单元和14节点单元的闭锁性态,表明8节点单元有严重闭锁性,Wilson非协调元也有闭锁性,EAS单元和采用降阶积分的14节点单元能克服闭锁。单元测试和方形基础的承载力计算两个数值算例证实了分析的结果,为土体三维分析中选择有效可靠的单元提供依据。 展开更多
关键词 体积闭锁 有限元 三维分析 弹塑性分析 土体
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Trilinear Hexahedra with Integral-Averaged Volumes for Nearly Incompressible Nonlinear Deformation
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作者 Craig D. Foster Talisa Mohammad Nejad 《Engineering(科研)》 2015年第11期765-788,共24页
Many materials such as biological tissues, polymers, and metals in plasticity can undergo large deformations with very little change in volume. Low-order finite elements are also preferred for certain applications, bu... Many materials such as biological tissues, polymers, and metals in plasticity can undergo large deformations with very little change in volume. Low-order finite elements are also preferred for certain applications, but are well known to behave poorly for such nearly incompressible materials. Of the several methods to relieve this volumetric locking, the method remains popular as no extra variables or nodes need to be added, making the implementation relatively straightforward and efficient. In the large deformation regime, the incompressibility is often treated by using a reduced order or averaged value of the volumetric part of the deformation gradient, and hence this technique is often termed an approach. However, there is little in the literature detailing the relationship between the choice of and the resulting and stiffness matrices. In this article, we develop a framework for relating the choice of to the resulting and stiffness matrices. We examine two volume-averaged choices for , one in the reference and one in the current configuration. Volume-averaged formulation has the advantage that no integration points are added. Therefore, there is a modest savings in memory and no integration point quantities needed to be interpolated between different sets of points. Numerical results show that the two formulations developed give similar results to existing methods. 展开更多
关键词 INCOMPRESSIBILITY volumetric locking Strain Projection B-Bar F-Bar Finite Element
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近似不可压软材料动力分析的完全拉格朗日物质点法
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作者 章子健 刘振海 +1 位作者 张洪武 郑勇刚 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期3344-3351,共8页
物质点法(MPM)在模拟非线性动力问题时具有很好的效果,其已被广泛应用于许多大变形动力问题的分析中.然而传统的MPM在模拟不可压或近似不可压材料的动力学行为时会产生体积自锁,极大地影响模拟精度和收敛性.本文针对近似不可压软材料的... 物质点法(MPM)在模拟非线性动力问题时具有很好的效果,其已被广泛应用于许多大变形动力问题的分析中.然而传统的MPM在模拟不可压或近似不可压材料的动力学行为时会产生体积自锁,极大地影响模拟精度和收敛性.本文针对近似不可压软材料的大变形动力学行为,提出一种混合格式的显式完全拉格朗日物质点法(TLMPM).首先基于近似不可压软材料的体积部分应变能密度,引入关于静水压力的方程;之后将该方程与动量方程基于显式物质点法框架进行离散,并采用完全拉格朗日格式消除物质点跨网格产生的误差,提升大变形问题的模拟精度;对位移和压强场采用不同阶次的B样条插值函数并通过引入针对体积变形的重映射技术改进了算法,提升算法的准确性.此外,算法通过实施一种交错求解格式在每个时间步对位移场和压强场依次进行求解.最后,给出几个典型数值算例来验证本文所提出的混合格式TLMPM的有效性和准确性,计算结果表明该方法可以有效处理体积自锁,准确地模拟近似不可压软材料的大变形动力学行为. 展开更多
关键词 完全拉格朗日物质点法 软材料 体积自锁 大变形 显式动力学
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基于T5单元的体积不可压缩问题光滑有限元法
7
作者 王思照 张仪萍 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1967-1973,共7页
提出5节点的四面体单元(T5),将无网格法的面积权重应变光滑法和光滑有限元法应用于该5节点四面体单元,提出用于解决三维体积不可压缩线弹性体的算法:基于节点光滑域的选择性体积权重应变光滑模型(T5-pNVW/NVW).数值算例显示,四节点四面... 提出5节点的四面体单元(T5),将无网格法的面积权重应变光滑法和光滑有限元法应用于该5节点四面体单元,提出用于解决三维体积不可压缩线弹性体的算法:基于节点光滑域的选择性体积权重应变光滑模型(T5-pNVW/NVW).数值算例显示,四节点四面体单元采用基于节点的光滑有限元法(T4-NS)无法完美解决体积锁定,相比于T4-NS法,利用提出的T5-pNVW/NVW模型能够较精确地解决体积锁定问题,并完美解决应力的棋盘式波动. 展开更多
关键词 体积锁定 体积权重应变光滑 5节点的四面体单元(T5) αFEM 压力波动
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隐格式近似不可压四面体4节点大变形单元
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作者 肖桂仲 陈成军 +1 位作者 肖世富 田荣 《计算力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期690-697,共8页
由于在处理体积自锁方面的优势,近似不可压问题的大变形求解多采用六面体单元/网格,但对于复杂工程问题,由于网格剖分上的限制,往往更需要一种可以很好解决体积自锁的四面体单元。Bonet和Burton的平均节点压力4节点四面体单元是为数不... 由于在处理体积自锁方面的优势,近似不可压问题的大变形求解多采用六面体单元/网格,但对于复杂工程问题,由于网格剖分上的限制,往往更需要一种可以很好解决体积自锁的四面体单元。Bonet和Burton的平均节点压力4节点四面体单元是为数不多能够较好处理体积自锁问题的四面体单元之一,但是该单元目前主要用于显式计算。利用单元平均压力对位移增量的精确方向导数,得到了严格的一致切线阵,保证了Newton-Raphson迭代的二阶收敛,从而使得该单元可以用于隐式计算。该单元的压力平均计算会耦合相邻单元的节点自由度,从而增加切线刚度阵的非零带宽,但不增加自由度总数。分别采用线性六面体选择缩减积分单元、标准线性四面体单元和本文的单元计算了3个近似不可压的典型算例。算例表明,本文推导的单元可以有效克服体积自锁,达到与常用六面体单元相近的效果,使得四面体网格可以方便地用于不可压问题的大变形隐式求解。 展开更多
关键词 隐式有限元 四面体单元 大应变 近似不可压 体积自锁
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基于T4单元的体积不可压缩线弹性问题的光滑有限元分析
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作者 王思照 张仪萍 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第7期15-22,共8页
提出了一种4节点的三角形单元(T4),并将无网格法的面积权重应变光滑法和光滑有限元法应用于此三角形单元,提出了两种用于解决体积不可压缩线弹性体的算法:基于边的面积权重应变光滑法(T4-EAW)和选择性面积权重应变光滑模型(T4-p EAW/NAW... 提出了一种4节点的三角形单元(T4),并将无网格法的面积权重应变光滑法和光滑有限元法应用于此三角形单元,提出了两种用于解决体积不可压缩线弹性体的算法:基于边的面积权重应变光滑法(T4-EAW)和选择性面积权重应变光滑模型(T4-p EAW/NAW)。数值算例显示,两种计算模型均能较精确地解决体积锁定问题,T4-p EAW/NAW模型可通过面积因子p调节偏斜应变能以达到提高解的准确性的目的。相比于传统采用3节点三角形单元的光滑有限元法,该文所提基于T4单元的两种计算模型均能解决体积锁定引起的棋盘式压力波动。 展开更多
关键词 体积锁定 面积权重应变光滑 4节点三角形单元 αFEM 压力波动
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A novel twice-interpolation finite element method for solid mechanics problems 被引量:3
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作者 C. Zheng S. C. Wu +1 位作者 X. H. Tang J. H. Zhang 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第2期265-278,共14页
Formulation and numerical evaluation of a novel twice-interpolation finite element method (TFEM) is presented for solid mechanics problems. In this method, the trial function for Galerkin weak form is constructed th... Formulation and numerical evaluation of a novel twice-interpolation finite element method (TFEM) is presented for solid mechanics problems. In this method, the trial function for Galerkin weak form is constructed through two stages of consecutive interpolation. The primary interpolation follows exactly the same procedure of standard FEM and is further reproduced according to both nodal values and averaged nodal gradients obtained from primary interpolation. The trial functions thus constructed have continuous nodal gradients and contain higher order polynomial without increasing total freedoms. Several benchmark examples and a real dam problem are used to examine the TFEM in terms of accuracy and convergence. Compared with standard FEM, TFEM can achieve significantly better accuracy and higher convergence rate, and the continuous nodal stress can be obtained without any smoothing operation. It is also found that TFEM is insensitive to the quality of the elemental mesh. In addition, the present TFEM can treat the incompressible material without any modification. 展开更多
关键词 Twice-interpolation finite element method·Stress smoothing volumetric locking Mesh distortion
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基于Yeoh本构关系橡胶超弹性材料的无网格法分析 被引量:3
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作者 赵光明 宋顺成 孟祥瑞 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 2009年第1期121-127,共7页
利用Yeoh本构模型来表示橡胶在大应变情况下的变形力学行为,通过应变能函数推导橡胶变形中的应力应变关系和切线刚度矩阵.根据本构关系特点,采用完全拉格朗日形式,在再生核质点法引入Yeoh本构模型来实现橡胶材料的数值分析,给出了橡胶... 利用Yeoh本构模型来表示橡胶在大应变情况下的变形力学行为,通过应变能函数推导橡胶变形中的应力应变关系和切线刚度矩阵.根据本构关系特点,采用完全拉格朗日形式,在再生核质点法引入Yeoh本构模型来实现橡胶材料的数值分析,给出了橡胶材料再生核质点法的计算控制方程.通过对具体实例分析,表明了该方法具有较高的计算精度和较好的收敛性,可以有效避免橡胶材料大应变分析中的体积闭锁现象. 展开更多
关键词 橡胶 超弹材料 再生核质点法 体积闭锁
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