分析界面不连续问题的轴对称SmXFEM方法

来源 :2014年中国计算力学大会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:susame1976
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  复合材料结构或实际工程中存在着各种各样的不连续现象,在对其进行力学性能分析时,材料界面起着至关重要的作用。轴对称结构也是一类常见的研究对象,本文将发展光滑的扩展有限算法(SmXFEM),并对存在界面不连续的轴对称问题进行分析。利用水平集函数来表示不连续的界面,并将光滑应变技术引入扩展有限元法中,形成光滑扩展有限元法。在引入光滑应变和单点高斯积分后,简化了积分运算。该算法是建立在常规标准有限元方法的框架之上,允许不规则单元的存在,并允许单元内角大于180°。采用常规标准有限元法的网格单元,构造光滑域,并通过分布积分方法将域积分转换为光滑域边界的线积分,积分过程中使用一个高斯积分点便能获得良好的计算精度。同时不连续的界面独立于网格划分,单元内部允许不连续的界面存在,因此在使用有限元近似时,只需使用富集函数项来反映材料界面的间断特性。在进行积分运算时,由于不连续界面的存在,导致无法直接使用高斯积分,只需在被界面贯穿的单元内构造积分子域,便能克服此困难。与常规的扩展有限元方法相比,该算法有明显的优势。通过对两个轴对称夹杂模型的数值模拟,验证了该算法的正确性,并能取得良好的计算精度。同时也对网格不规则程度对计算精度的影响进行了分析,通过数值实验,说明SmXFEM方法对网格不规则度的敏感性甚小,在各种不规则网格下均能获得良好的求解精度。
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