应变-旋转(Strain-Rotation,S-R)和分解定理为分析几何非线性问题提供了合理可靠的理论基础,但用有限元求解时会遇到大变形发生后的网格畸变问题。近年提出的虚单元法(Virtual element method,VEM)适用于一般的多边形网格,因此,该文尝...应变-旋转(Strain-Rotation,S-R)和分解定理为分析几何非线性问题提供了合理可靠的理论基础,但用有限元求解时会遇到大变形发生后的网格畸变问题。近年提出的虚单元法(Virtual element method,VEM)适用于一般的多边形网格,因此,该文尝试使用一阶虚单元求解基于S-R和分解定理的二维几何非线性问题,以克服网格畸变的影响。基于重新定义的多项式位移空间基函数,推演获得一阶虚单元分析线弹性力学问题时允许位移空间向多项式位移空间的投影表达式;按照虚单元法双线性格式的计算规则,分析处理基于更新拖带坐标法和势能率原理的增量变分方程;进而建立离散系统方程及其矩阵表达形式,并编制MATLAB求解程序;采用常规多边形网格和畸变网格,应用该文算法分析均布荷载下的悬臂梁和均匀内压下的厚壁圆筒变形。结果与已有文献和ANSYS软件的对比表明:该文算法在两种网格中均可有效执行且具备足够数值精度。总体该文算法为基于S-R和分解定理的二维几何非线性问题求解提供了一种鲁棒方法。展开更多
文摘应变-旋转(Strain-Rotation,S-R)和分解定理为分析几何非线性问题提供了合理可靠的理论基础,但用有限元求解时会遇到大变形发生后的网格畸变问题。近年提出的虚单元法(Virtual element method,VEM)适用于一般的多边形网格,因此,该文尝试使用一阶虚单元求解基于S-R和分解定理的二维几何非线性问题,以克服网格畸变的影响。基于重新定义的多项式位移空间基函数,推演获得一阶虚单元分析线弹性力学问题时允许位移空间向多项式位移空间的投影表达式;按照虚单元法双线性格式的计算规则,分析处理基于更新拖带坐标法和势能率原理的增量变分方程;进而建立离散系统方程及其矩阵表达形式,并编制MATLAB求解程序;采用常规多边形网格和畸变网格,应用该文算法分析均布荷载下的悬臂梁和均匀内压下的厚壁圆筒变形。结果与已有文献和ANSYS软件的对比表明:该文算法在两种网格中均可有效执行且具备足够数值精度。总体该文算法为基于S-R和分解定理的二维几何非线性问题求解提供了一种鲁棒方法。
文摘S-R(strain-rotation)和分解定理克服了经典有限变形理论的一些缺点,使其可以为几何非线性数值分析提供可靠的理论基础.对于大变形问题,由于无网格法(element-free method)避免了对单元网格的依赖,从而从根本上避免了有限单元法(finite element method,FEM)的单元畸变问题,保证了求解精度.因此,将无网格法和S-R和分解定理结合起来势必能建立一套更加合理可靠的几何非线性数值计算方法.目前基于S-R定理的无网格数值方法研究较少并且只能用于二维平面问题的求解,但实际上绝大多数问题都必须以三维模型来进行处理,因此建立适用于三维情况的S-R无网格法是非常有必要的.本文给出了适用于三维情况的S-R无网格法:采用由更新拖带坐标法和势能率原理推导出来的增量变分方程,利用基于全局弱式的无网格Galerkin法(EFG)得到了用于求解三维空间问题的离散格式.利用MATLAB编制三维S-R无网格法程序,对受均布载荷的三维悬臂梁和四边简支矩形板结构的非线性弯曲问题进行了计算.最后将所得的数值结果与已有文献进行了比较,验证了本文的三维S-R无网格数值算法的合理性、有效性和准确性.本文的三维S-R无网格数值算法可以作为一种可靠的三维几何非线性数值分析方法.
