×

大应变热塑性的熵稳定光滑粒子流体力学算法。 (英语) Zbl 1506.74011号

摘要:本文提出了一种新的光滑粒子流体力学计算框架,用于模拟热塑性大应变快速固体动力学。该公式基于一阶守恒定律系统的总拉格朗日描述,该系统是根据线性动量、变形测度的三元组(也称为变形梯度张量的子项)和系统的总能量编写的,从而扩展了一些作者在等温弹性和弹塑性方面的先前工作[第二auhtor等人,《计算方法应用机械工程》311,71–111(2016;Zbl 1439.74494号); 计算。方法应用。机械。工程318、514–536(2017年;Zbl 1439.74438号); 计算。方法应用。机械。工程344209-250(2019年;兹比尔1440.74467)].为了从连续体的角度确保公式的稳定性(即双曲性),内能密度表示为变形测度三元组和熵密度的多凸组合。此外,为了从空间离散化的角度保证稳定性,仔细引入了一致推导的基于黎曼的数值耗散,其中局部数值熵产生是通过一种新技术根据所谓的弹道的系统的自由能。为了完整性,还实现并比较了以熵密度表示的替代且同等竞争的公式(在光滑解的情况下)。为了评估所提公式的适用性和稳健性,本文给出了一系列数值示例,其中光滑粒子流体动力学方案以替代的内部有限体积顶点中心实现为基准。

MSC公司:

第74页第15页 固体力学中的热力学
74S60系列 应用于固体力学问题的随机和其他概率方法
65亿75 涉及偏微分方程的初值和初边值问题的概率方法、粒子方法等
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部 哈尔

参考文献:

[1] Lucy,L.B.,《裂变假说测试的数值方法》,Astron。J.,82,1013-1024(1977)
[2] Monaghan,J.J.,《平滑粒子流体动力学》,年。阿斯顿牧师。天体物理学。,30, 543-574 (1992)
[3] Bonet,J。;Kulasegaram,S.,关于欧拉和拉格朗日修正光滑粒子流体动力学(CSPH)方法的张力不稳定性的评论,国际。J.数字。方法工程,52,1203-1220(2001)·Zbl 1112.74562号
[4] Bonet,J。;Lok,T.-S.,《光滑粒子流体动力学公式的变分和动量保持方面》,计算。方法应用。机械。工程,180,97-115(1999)·Zbl 0962.76075号
[5] Ganzenmüller,G.C.,拉格朗日光滑粒子流体动力学的沙漏控制算法,计算。方法应用。机械。工程,28687-106(2015)·Zbl 1423.74948号
[6] 甘泽米勒,G.C。;希尔迈尔,S。;May,M.,关于圆周动力学和光滑粒子流体动力学无网格离散的相似性,计算。结构。,150, 71-78 (2015)
[7] 维达尔,Y。;Bonet,J。;Huerta,A.,显式动力学问题的稳定更新拉格朗日修正SPH,国际。J.数字。方法工程师,692687-2710(2006)·Zbl 1194.74541号
[8] Dyka,C.T。;Ingel,R.P.,《光滑粒子流体动力学(SPH)中张力不稳定性的方法》,计算。结构。,57, 573-580 (1995) ·兹比尔0900.73945
[9] Puso,医学硕士。;Chen,J.S。;Zywicz,E。;Elmer,W.,无网格和有限元节点积分方法,国际。J.数字。方法工程,74416-446(2008)·Zbl 1159.74456号
[10] Elmer,W。;Chen,J.S。;Puso,M。;Taciroglu,E.,几乎不可压缩固体的稳定无网格节点积分法,有限元。分析。设计。,51, 81-85 (2012)
[11] 约翰逊·G·R。;斯特里克·R·A。;Beissel,S.R.,SPH用于速度影响计算,计算。方法应用。机械。工程,139347-373(1996)·Zbl 0895.76069号
[12] 约翰逊·G·R。;Beissel,S.R.,SPH影响计算的标准化平滑函数,国际。J.数字。方法工程,39,2725-2741(1996)·Zbl 0880.73076号
[13] Randles,P.W。;Libersky,L.D.,《平滑粒子流体动力学:一些最近的改进和应用》,计算。方法应用。机械。工程,139,375-408(1996)·Zbl 0896.73075号
[14] Randles,P.W。;Libersky,L.D.,带应力点的标准化SPH,国际。J.数字。方法工程,48,1445-1462(2000)·Zbl 0963.74079号
[15] Randles,P.W。;Libersky,L.D.,双粒子方法的边界条件,计算。结构。,831476-1486(2005年)
[16] 刘,M.B。;Liu,G.R.,《光滑粒子流体动力学(SPH):概述和最新发展》,Arch。计算。方法工程,17,25-76(2010)·Zbl 1348.76117号
[17] 刘,M。;Liu,G.,在平滑粒子流体动力学中恢复粒子一致性,应用。数字。数学。,56,1,19-36(2006)·Zbl 1329.76285号
[18] Monaghan,J.J.,无拉伸不稳定性的SPH,J.Comput。物理。,159, 290-311 (2000) ·Zbl 0980.76065号
[19] 德沃科贝尔,A。;Nguyen,V.P。;Hutchinson,C.R.,《涉及大变形的固体力学问题的总拉格朗日材料点法》,计算。方法应用。机械。工程,360,第112783条pp.(2020)·Zbl 1441.74300号
[20] de Vaucorbeil,A。;Hutchinson,C.R.,一种新的全拉格朗日光滑粒子流体动力学近似,用于模拟延性材料的损伤和断裂,国际。J.数字。方法工程,121,10,2227-2245(2020)
[21] Lee,C.H。;吉尔·A·J。;格雷托,G。;库拉塞加拉姆,S。;Bonet,J.,大应变显式快速动力学的新Jameson-Schmidt-Turkel光滑粒子流体动力学算法,计算。方法应用。机械。工程,311,71-111(2016)·Zbl 1439.74494号
[22] 格雷托,G。;Kulasegaram,S.,一种用于大应变金属塑性变形的有效且稳定的SPH方法,计算。第部分。机械。,7, 523-539 (2020)
[23] 博德,T。;WeiBenfels,C。;Wriggers,P.,可压缩和不可压缩有限变形的混合周动力学公式,计算。机械。,65, 1365-1376 (2020) ·Zbl 1465.74015号
[24] Bonet,J。;Burton,A.J.,用于不可压缩和几乎不可压缩动态显式应用的简单平均节点压力四面体单元,Commun。数字。方法。工程,14,437-449(1998)·Zbl 0906.73060号
[25] Dohrmann,C.R。;海因斯坦,M.W。;Jung,J。;键,S.W。;Witkowski,W.R.,三节点三角形和四节点四面体网格的基于节点的均匀应变单元,国际。J.数字。方法工程,471549-1568(2000)·兹伯利0989.74067
[26] Gee,M.W。;Dohrmann,C.R。;键,S.W。;Wall,W.A.,具有等容稳定的均匀节点应变四面体,国际。J.数字。方法工程,78,429-443(2009)·兹比尔1183.74275
[27] Silling,S.,《不连续性和长程力弹性理论的改革》,J.Mech。物理学。固体,48,175-209(2000)·Zbl 0970.74030号
[28] 博德,T。;WeiBenfels,C。;Wriggers,P.,Peridynamic Petrov-Galerkin方法:对应材料的周动力学理论的推广,Comput。方法应用。机械。工程,358,第112636条pp.(2020)·Zbl 1441.74016号
[29] Javili,A。;莫拉萨塔,R。;Oterkus,E。;Oterkus,S.,《动力学评论》,数学。机械。固体,24,11,3714-3739(2019)·Zbl 07273389号
[30] Madenci,E。;Oterkus,E.,周动力理论及其应用(2014),Springer:Springer New York·Zbl 1295.74001号
[31] Lee,C.H。;吉尔·A·J。;O.I.哈桑。;Bonet,J。;Kulasegaram,S.,大应变固体动力学的变量一致流线迎风Petrov-Galerkin光滑粒子流体动力学算法,计算。方法应用。机械。工程,318,514-536(2017)·Zbl 1439.74438号
[32] Lee,C.H。;吉尔·A·J。;Ghavamian,A。;Bonet,J.,大应变显式固体动力学的总体拉格朗日迎风光滑粒子流体动力学算法,计算。方法应用。机械。工程,344209-250(2019)·Zbl 1440.74467号
[33] 巴塔,R.C。;Zhang,G.M.,用改进的光滑粒子流体动力学(MSPH)方法分析弹-热-粘塑性材料中的绝热剪切带,J.Compute。物理。,201, 172-190 (2004) ·Zbl 1195.76326号
[34] 张,Z。;强,H。;高伟,光滑粒子流体动力学与冲击动力学模拟有限元法的耦合,工程结构。,2011, 255-264 (2011)
[35] 胡,H。;Fetzer,F。;伯杰,P。;Eberhard,P.,使用先进粒子方法模拟激光焊接,GAMM Mitt。,39, 149-169 (2016)
[36] 胡,H。;Eberhard,P.,使用平滑粒子流体动力学的热机械耦合传导模式激光焊接模拟,计算。第部分。机械。,4, 473-486 (2017)
[37] 拉哈曼,M.M。;帕塔克,A。;Roy,D.,封堵失效的热-粘塑性损伤模型和SPH模拟,Mech。高级主管。结构。,25, 1374-1382 (2017)
[38] Fraser,K.A。;亲吻,L.I。;圣乔治。;Drolet,D.,《使用无网格全耦合热机械方法优化搅拌摩擦焊接接头质量》,《金属》,第8期,第101-125页(2018年)
[39] K.A.Fraser,L.St Georges,L.I.Kiss,Y.Chiricota,3D SPH-FEM多物理模拟的混合热-机械接触算法,载于:第四届基于颗粒的方法国际会议,2015年。
[40] Ba,K。;Gakwaya,A.,大变形问题中固体力学的热机械全拉格朗日SPH公式,计算。方法应用。机械。工程,342458-473(2018)·Zbl 1440.74011号
[41] 达马齐亚克。;Malachowski,J.,SPH和FEM在热力耦合问题中的比较,AIP Conf.Proc。,2078 (2019)
[42] 阿尔梅罗,F。;Simo,J.C.,非线性耦合热力问题的一种新的无条件稳定分步方法,国际。J.数字。方法工程,35,4,737-766(1992)·Zbl 0784.73085号
[43] 阿吉雷,M。;吉尔·A·J。;Bonet,J。;Lee,C.H.,拉格朗日固体动力学迎风顶点中心有限体积解算器,J.Compute。物理。,300, 387-422 (2015) ·Zbl 1349.74342号
[44] Betsch,P。;Schiebl,M.,基于一般形式的大应变热弹性的能量-动量-熵一致数值方法,国际。J.数字。方法工程,1191216-1244(2019)
[45] Miehe,C.,有限应变下的熵热弹性。公式和数值实现方面,计算。方法应用。机械。工程,120,3,243-269(1995)·Zbl 0851.73012号
[46] Franke,M。;Janz,A。;Schiebl,M。;Betsch,P.,使用基于多凸性的非线性热弹性动力学框架的能量-动量一致积分方案,国际。J.数字。方法工程,115,549-577(2018)
[47] Simo,J。;Miehe,C.,有限应变下的关联耦合热塑性:公式化、数值分析和实现,计算。方法应用。机械。工程,98,1,41-104(1992)·兹比尔0764.73088
[48] Ortigosa,R。;吉尔·A·J。;Martinez-Frutos,J。;Franke,M。;Bonet,J.,非线性热力学的新能量-动量-时间积分方案,计算机。方法应用。机械。工程(2020),接受·Zbl 1506.74013号
[49] Šilhaví,M.,《连续介质的力学和热力学》(1997),施普林格-柏林-海德堡出版社·Zbl 0870.73004号
[50] Bonet,J。;Lee,C.H。;吉尔·A·J。;Ghavamian,A.,大应变计算固体动力学的一阶双曲线框架:第三部分:热塑性,计算。方法应用。机械。工程,373,第113505条pp.(2020)·Zbl 1506.74005号
[51] Ericksen,J.L.,《固体热力学导论》(1998),pub-SV:pub-SV纽约,xii+189·Zbl 0902.73001号
[52] Gibbs,J.W。;Wilson,E.B.,向量分析(1947),耶鲁大学出版社
[53] de Boer,R.、Vektor-und Tensorrechnung füR Ingenieure(1982)、Springer-Verlag·Zbl 0511.73004号
[54] Bonet,J。;吉尔·A·J。;Ortigosa,R.,多凸大应变弹性计算框架,计算。方法应用。机械。工程,2831061-1094(2015)·Zbl 1423.74122号
[55] Bonet,J。;吉尔·A·J。;Ortigosa,R.,《基于张量积的大应变固体力学公式》,国际固体结构杂志。,84, 49-63 (2016)
[56] Dafermos,C.M.,带对合的拟线性双曲系统,Arch。定额。机械。分析。,94, 4, 373-389 (1986) ·Zbl 0614.35057号
[57] 卡里姆,I.A。;Lee,C.H。;吉尔·A·J。;Bonet,J.,快速动力学的两步Taylor Galerkin公式,工程计算。,31, 366-387 (2014)
[58] Bonet,J。;吉尔,A.J。;Lee,C.H。;阿吉雷,M。;Ortigosa,R.,大应变计算固体动力学的一阶双曲线框架。第一部分:总拉格朗日等温弹性,计算。方法应用。机械。工程,283689-732(2015)·Zbl 1423.74010号
[59] Lee,C.H。;吉尔,A.J。;Bonet,J.,结构动力学中新守恒定律公式的以单元为中心的迎风有限体积算法的开发,计算。结构。,118, 13-38 (2013)
[60] O.I.哈桑。;Ghavamian,A。;Lee,C.H。;吉尔,A.J。;Bonet,J。;Auricchio,F.,《用于几乎和真正不可压缩显式快速固体动力学应用的迎风顶点中心有限体积算法:总体和更新的拉格朗日公式》,J.Compute。物理:十、 3,第100025条pp.(2019)
[61] 海德尔,J。;Lee,C.H。;吉尔·A·J。;Bonet,J.,《大应变计算固体动力学的一阶双曲线框架:以迎风单元为中心的Total Lagrangian格式》,国际。J.数字。方法工程,109407-456(2017)
[62] 海德尔,J。;Lee,C.H。;吉尔·A·J。;A.韦尔塔。;Bonet,J.,用于几乎不可压缩显式快速固体动力学应用的迎风单元中心的Total Lagrangian有限体积算法,计算。方法应用。机械。工程,340684-727(2018)·Zbl 1440.74458号
[63] 阿吉雷,M。;吉尔·A·J。;Bonet,J。;Carreño,A.A.,固体动力学中混合守恒公式的以顶点为中心的有限体积Jameson-Schmidt-Turkel(JST)算法,J.Compute。物理。,259, 672-699 (2014) ·Zbl 1349.74341号
[64] Bonet,J。;吉尔·A·J。;Wood,R.D.,《有限元分析的非线性固体力学:动力学》(2021),剑桥大学出版社·Zbl 1522.74100号
[65] 吉尔·A·J。;Lee,C.H。;Bonet,J。;Ortigosa,R.,大应变计算固体动力学的一阶双曲线框架。第二部分:完全拉格朗日可压缩、几乎不可压缩和真正不可压缩弹性,计算。方法应用。机械。工程,300,146-181(2016)·Zbl 1425.74016号
[66] Gurtin,M。;油炸大肠杆菌。;Anand,L.,《连续体的力学和热力学》(2010),剑桥大学出版社
[67] 低,K.W.Q。;Lee,C.H。;吉尔·A·J。;海德尔,J。;Bonet,J.,应用于自由曲面问题的无参数总体拉格朗日光滑粒子流体动力学算法,计算。第部分。机械。(2021)
[68] Lee,C.H。;吉尔·A·J。;Bonet,J.,拉格朗日快速固体动力学中守恒定律的稳定Petrov-Galerkin公式的发展,计算。方法应用。机械。工程,268,40-64(2014)·Zbl 1295.74099号
[69] 吉尔·A·J。;Lee,C.H。;Bonet,J。;Aguirre,M.,可压缩、几乎不可压缩和真正不可压缩快速动力学中线性四面体单元的稳定Petrov-Galerkin公式,计算。方法应用。机械。工程,276659-690(2014)·Zbl 1423.74883号
[70] 库兰特,R。;弗里德里希(Friedrichs,K.)。;Lewy,H.,《关于数学物理的偏微分方程》,《数学》。安,10032-74(1928)·JFM 54.0486.01型
[71] 费尔德曼,J。;Bonet,J.,《SPH中的动态细化和边界接触力及其在流体流动问题中的应用》,国际期刊Numer。方法工程,72,295-324(2007)·Zbl 1194.76229号
[72] Ren,H。;庄,X。;蔡,Y。;Rabczuk,T.,《双地平线流体动力学》,《国际数值杂志》。方法工程,1081451-1476(2016)
[73] 戴,Z。;Ren,H。;庄,Z。;Rabczuk,T.,弹性力学双支撑光滑粒子流体动力学,国际计算杂志。方法,14,第1750039条pp.(2017)·Zbl 1404.74210号
[74] Franke,M。;Janz,A。;Schiebl,M。;Betsch,P.,使用基于多凸性的非线性热塑性动力学框架的能量-动量一致积分方案,国际。J.数字。方法工程,115,5,549-577(2018)
[75] Ortigosa,R。;吉尔·A·J。;弗鲁托斯,J.M。;Franke,M。;Bonet,J.,非线性热机械的一种新的能量-动量-时间积分方案,计算。方法应用。机械。工程,372113395(2020)·Zbl 1506.74013号
[76] Wagner,D.H.,超弹性材料的对称双曲运动方程,J.双曲差分。等于。,06, 03, 615-630 (2009) ·邮编:1180.35345
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。