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基于颗粒-表面接触算法的有限元法与材料点法的改进耦合。 (英语) Zbl 1423.74870号

摘要:对于极端变形问题,材料点法(MPM)与有限元法(FEM)相比具有竞争优势,后者经常会遇到网格畸变。然而,对于小变形问题,在大多数情况下,FEM仍然比MPM更有效、更准确。因此,我们小组提出了一种耦合有限元-材料点法(CFEMP)和自适应有限元-物质点法(AFEMP),以利用这两种方法的优点。由于MPM颗粒和有限元单元之间的耦合是基于MPM网格接触法实现的,因此CFEMP和AFEMP都要求有限元域和MPM域之间的网格划分具有高度的一致性。这可能导致FEM域中的过度网格化,从而显著减小时间步长,增加计算成本和数据存储。为了允许任意不一致的网格划分,本文进一步改进了CFEMP和AFEMP方法。MPM粒子与FEM单元之间的耦合是基于粒子-表面接触算法而不是基于MPM网格的接触方法实现的,因此不再需要一致的网格划分。数值研究表明,改进的CFEMP(ICFEMP)法和改进的AFEMP(IAFEMP)方法的鲁棒性、效率和精度远高于MPM、CFEMP和AFEMP。

MSC公司:

74S05号 有限元方法在固体力学问题中的应用
65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
74M15型 固体力学中的接触
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全文: 内政部

参考文献:

[1] 苏尔斯基,D。;陈,Z。;Schreyer,H.L.,历史相关材料的粒子方法,计算。方法应用。机械。工程师,118,1-2179-196(1994)·Zbl 0851.73078号
[2] 苏尔斯基,D。;周,S.J。;Schreyer,H.L.,细胞内粒子法在固体力学中的应用,计算机。物理学。通信,87,1-2,236-252(1995)·Zbl 0918.73334号
[3] 黄,P。;张,X。;马,S。;Huang,X.,冲击和穿透模拟中材料点法的接触算法,国际。J.数字。方法工程,85,498-517(2011)·Zbl 1217.74145号
[4] 龚伟伟(Gong,W.W.)。;张,X。;邱晓明,泡沫铝动态压缩过程的材料点法数值研究,CMES计算。模型。工程科学。,82, 3, 195-213 (2011) ·Zbl 1356.74037号
[5] 胡伟强。;Chen,Z.,使用MPM对混凝土墙上爆炸和破碎协同效应的基于模型的模拟,国际冲击工程杂志,32,12,2066-2996(2006)
[6] 马,S。;张,X。;Lian,Y.P。;周,X.,自适应材料点法模拟高爆轰,CMES计算。模型。工程科学。,39, 2, 101-123 (2009) ·Zbl 1257.76045号
[7] 马,S。;张,X。;邱晓明,《MPM和SPH在超高速碰撞问题建模中的对比研究》,《国际碰撞工程杂志》,36,2,272-282(2009)
[8] 黄,P。;张,X。;马,S。;Wang,H.K.,显式MPM的共享内存OpenMP并行化及其在超高速碰撞中的应用,CMES Compute。模型。工程科学。,38, 2, 119-147 (2008) ·Zbl 1357.74082号
[9] 龚伟伟(Gong,W.W.)。;刘,Y。;张,X。;Ma,H.L.,用材料点法对泡沫铝在超高速冲击下的动态响应进行数值研究,CMES计算。模型。工程科学。,83, 5, 527-545 (2012)
[10] 刘,Y。;王,香港。;Zhang,X.,《结合材料点法和分子动力学的高速冲击过程多尺度框架》,国际力学杂志。马特。科学。,9, 2, 127-139 (2013)
[11] Nairn,J.A.,显式裂纹的材料点法计算,CMES计算。模型。工程科学。,4, 6, 649-663 (2003) ·Zbl 1064.74176号
[12] 北卡罗来纳州Daphalapurkar。;卢,H。;焦化,D。;Komanduri,R.,使用广义插值材料点(GIMP)方法模拟动态裂纹扩展,国际分形杂志。,143, 1, 79-102 (2007) ·Zbl 1198.74068号
[13] 杨,P.F。;甘,Y。;张,X。;陈,Z。;齐维杰。;Liu,P.,用材料点法模拟裂纹演化的改进脱粘建模,国际分形杂志。,186, 1-2, 177-184 (2014)
[14] 班纳吉,B。;吉尔基,J.E。;哈曼,T.B。;施密特,J.A。;McMurtry,P.A.,用材料点法模拟冲击和破碎,(第11届国际断裂会议论文集,意大利都灵(2005)),689
[15] Shen,L.M.,利用材料点法模拟冲击下玻璃碎片的速率依赖损伤/脱粘模型,CMES Compute。模型。工程科学。,49, 1, 23-45 (2009)
[16] Yang,P.F.(杨鹏飞)。;刘,Y。;张,X。;周,X。;赵永乐,基于gurson模型和随机失效的材料点法破碎模拟,CMES计算。模型。工程科学。,85, 3, 207-237 (2012) ·Zbl 1356.74013号
[17] 张,D.Z。;邹强。;范德海登,W.B。;Ma,X.,应用于多相流的材料点法,J.Compute。物理。,227, 6, 3159-3173 (2008) ·Zbl 1329.76288号
[18] Wieckowski,Z.,大应变工程问题中的材料点法,计算。方法应用。机械。工程,193,39-41,4417-4438(2004)·Zbl 1068.74085号
[19] 约克·A.R。;苏尔斯基,D。;Schreyer,H.L.,薄膜模拟的材料点法,国际工程数值方法杂志,441429-1456(1999)·兹比尔0971.74079
[20] 巴登哈根,S.G。;Guilkey,J.E。;罗西格,K.M。;Brackbill,J.U。;Witzel,W.M.,《材料点法的改进接触算法及其在颗粒材料应力传播中的应用》,CMES Compute。模型。工程科学。,2, 509-522 (2001) ·Zbl 1147.74375号
[21] 巴登哈根,S.G。;Brackbill,J.U。;Sulsky,D.,粒状材料的材料点法,计算。方法应用。机械。工程,187,3-4,529-541(2000)·Zbl 0971.76070号
[22] 胡,W。;Chen,Z.,用于模拟直齿轮啮合过程的多网格MPM,计算。结构。,81, 1991-2002 (2003)
[23] 马,Z。;张,X。;Huang,P.,用于模拟大量晶粒的大变形和接触的面向对象MPM框架,CMES Compute。模型。工程科学。,55, 1, 61-87 (2010)
[24] 阿塔韦,S。;海因斯坦,M。;Swegle,J.,《光滑粒子流体动力学与有限元法的耦合》,Nucl。工程设计。,150, 199-205 (1994)
[25] Johnson,G.R.,《拉格朗日粒子方法与高速碰撞计算的标准有限元方法的联系》,Nucl。工程设计。,150, 265-274 (1994)
[26] 约翰逊·G·R。;Stryk,R.A.,用于超高速撞击模拟的3D扭曲单元方法的转换,Int.J.impact Eng.,281947-966(2003)
[27] 胡,D。;Long,T。;Xiao,Y。;韩,X。;Gu,Y.,基于新型搜索算法Compute的耦合FE-SPH模型的流体-结构相互作用分析。方法应用。机械。工程,276266-286(2014)·兹比尔1423.74272
[28] 张,X。;Sze,K.Y。;Ma,S.,超高速碰撞的显式材料点有限元方法,国际工程数值方法杂志,66,4,689-706(2006)·兹比尔1110.74861
[29] Lian,Y.P。;张,X。;周,X。;Ma,Z.T.,FEMP方法及其在冲击荷载下钢筋混凝土动态响应建模中的应用,计算。方法应用。机械。工程,200,17-20,1659-1670(2011)·Zbl 1228.74116号
[30] Lian,Y.P。;张,X。;Liu,Y.,局部多网格接触有限元法与材料点法的耦合,计算。方法应用。机械。工程,200,3482-3494(2011)·Zbl 1230.74187号
[31] Lian,Y.P。;刘,Y。;张欣,流体-膜相互作用问题中膜元与材料点法的耦合,国际力学杂志。马特。科学。,10, 199-211 (2014)
[32] Lian,Y.P。;张,X。;Liu,Y.,自适应有限元材料点法及其在极端变形问题中的应用,计算。方法应用。机械。工程,241-244,1275-285(2012)·Zbl 1353.74072号
[33] 张,X。;Lian,Y.P。;刘,Y。;周欣,《材料点法》(2013),清华大学出版社:清华大学出版社北京
[34] Belytschko,T。;Lin,J.I.,具有侵蚀的三维冲击穿透算法,计算。结构。,25, 1, 95-104 (1987) ·Zbl 0603.73078号
[35] 王福杰。;Cheng,J.G。;Yao,Z.H.,接触碰撞问题的接触搜索算法,机械学报。罪。,16, 4, 374-382 (2000)
[36] 本森·D·J。;Hallquist,J.O.,壳体结构后屈曲分析的单表面接触算法,计算。方法应用。机械。工程,78,2,141-163(1990)·Zbl 0708.73079号
[37] Hallquist,J。;Goudreau,G。;Benson,D.,大规模拉格朗日计算中具有接触影响的滑动界面,计算。方法应用。机械。工程,51,1-3,107-137(1985)·兹伯利0567.73120
[38] Piekutowski,A.J。;Forrestal,M.J。;Poormon,K.L。;Warren,T.L.,《在正常和斜向冲击下用锥形钢棒对铝板进行穿孔》,《国际冲击工程杂志》,第18期,第877-887页(1996年)
[39] Idelsohn,S.R。;Marti,J。;利马奇,A。;Onate,E.,弹性固体和不可压缩流体的统一拉格朗日公式:通过PFEM应用于流体-结构相互作用问题,Comput。方法应用。机械。工程,1971762-1776(2008)·Zbl 1194.74415号
[40] Walhorn,E。;科尔克,A。;Hubner,B。;Dinkler,D.,涉及自由表面流动的整体模型内的流体-结构耦合,计算。结构。,83, 25-26, 2100-2111 (2005)
[41] Zhang,Y。;邹强。;格里夫斯,D。;里夫·D·。;亨特·拉比,A。;Graham,D。;詹姆斯·P。;Lv,X.,一种用于进出水的水平集浸没边界法,Commun。计算。物理。,8, 2, 265-288 (2010) ·Zbl 1364.76102号
[42] Shao,S.D.,自由落体入水的不可压缩SPH模拟,国际。J.数字。《液体方法》,59,91-115(2009)·Zbl 1391.76633号
[44] 莫里斯,J.P。;福克斯·P·J。;Zhu,Y.,使用SPH建模低雷诺数不可压缩流,J.Compute。物理。,136, 1, 214-226 (1997) ·Zbl 0889.76066号
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