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使用适合分析的非结构化T样条函数无缝集成设计和基尔霍夫-洛夫壳体分析。 (英语) Zbl 1441.74111号

小结:分析适用的T样条(ASTS)包括非常点和T结,用于求解基尔霍夫-洛夫壳问题。具有任意拓扑亏格的曲面需要特殊的点来表示。T形接头可以局部细化需要提高分辨率的区域。使用ASTS定义壳体几何图形的好处至少有两个方面:(1)避免了使用CAD几何图形作为输入从头开始构建新网格的手动且耗时的任务;(2)(C^1)或更高的单元间连续性使得壳公式能够以四阶偏微分方程定义的原始形式离散化。本文介绍了ASTS发展的最新完整描述,包括特殊点和T型接头。特别地,我们改进了在非常点附近构造(C^1)-连续非负样条基函数的方法,以在求解线性椭圆问题时获得相对于自由度平方根的最佳收敛速度。通过对挤压半球、汽车油底壳、管道接头和带有15个孔的汽车B柱进行几何非线性Kirchhoff-Love壳模拟,证明了所提技术在壳体分析中的适用性。为这些示例构建ASTS涉及使用T形连接和具有3、5和6价的特殊点,这通常足以设计自由曲面。我们的分析结果与使用七参数壳公式或基尔霍夫-洛夫壳的文献数据进行了比较。我们还将有限元网格和ASTS网格导入到商业软件LS-DYNA中,使用Reissner-Mindlin壳,并将结果与我们的Kirchhoff-Love壳结果进行了比较。在所有情况下都达成了一致。本文考虑的壳体几何形状的复杂性表明,ASTS适用于实际工业问题。

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74K25型 外壳
74S05号 有限元方法在固体力学问题中的应用
65D07年 使用样条曲线进行数值计算
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参考文献:

[1] 罗杰斯,D.F.,《NURBS简介:历史视角》(2001年),摩根·考夫曼:摩根·考夫曼旧金山
[2] Sederberg,T.W。;郑洁。;贝克诺夫,A。;Nasri,A.,T样条和T-NURCC,ACM Trans。图表。,22, 477-484 (2003)
[3] Sederberg,T.W。;Cardon,D.L。;Finnigan,G.T。;北半球。;郑洁。;Lyche,T.,T样条简化和局部细化,(ACM图形事务(TOG),第23卷(2004),ACM),276-283
[4] T.W.Sederberg、G.T.Finnigan、X.Li、H.Lin和H.Ipson,《水密修整NURBS》,收录于:ACM SIGGRAPH 2008论文,美国纽约州纽约市,2008年,第79:1-79:8页。
[5] Marussing,B。;Hughes,T.J.,《等几何分析中的修剪评论:挑战、数据交换和模拟方面》,Arch。计算。方法工程,25,4,1059-1127(2018)
[6] 刘,L。;张义杰。;Wei,X.,加权T样条曲线及其在修剪NURBS曲面重新参数化中的应用,计算。方法应用。机械。工程,295108-126(2015)·Zbl 1423.74904号
[7] Cottrell,J.A。;休斯·T·J·R。;Bazilevs,Y.,《CAD和FEA集成的等几何分析》(2009),威利·Zbl 1378.65009号
[8] M.Hardwick,R.Clay,P.Boggs,E.Walsh,A.Larzelere,A.Altshuler,新墨西哥州阿尔伯克基市桑迪亚国家实验室DART系统分析,87185。
[9] Hughes,T.J.R.,《有限元方法:线性静态和动态有限元分析》(2012),Courier Corporation
[10] Bazilevs,Y。;Beirao da Veiga,L。;Cottrell,J.A。;休斯·T·J。;Sangalli,G.,《等几何分析:(h)细化网格的近似、稳定性和误差估计》,数学。模型方法应用。科学。,16, 07, 1031-1090 (2006) ·Zbl 1103.65113号
[11] 休斯·T·J。;Reali,A。;Sangalli,G.,《结构动力学和波传播中离散近似的对偶性和统一分析:(p)方法有限元与(k)方法nurbs的比较》,计算。方法应用。机械。工程,197,49-50,4104-4124(2008)·Zbl 1194.74114号
[12] Evans,J.A。;Bazilevs,Y。;巴布什卡,I。;Hughes,T.J.,(n)-等几何有限元法(k)版本的宽度、超高和最优比,计算。方法应用。机械。工程,1981726-1741(2009)·Zbl 1227.65093号
[13] Da Veiga,L.B。;布法,A。;Rivas,J。;Sangalli,G.,等几何分析中(h-p-k)细化的一些估计,Numer。数学。,118, 2, 271-305 (2011) ·Zbl 1222.41010号
[14] 戈麦斯,H。;Calo,V.M。;Bazilevs,Y。;Hughes,T.J.R.,《Cahn-Hilliard相场模型的等几何分析》,计算。方法应用。机械。工程,197,49-50,4333-4352(2008)·Zbl 1194.74524号
[15] Kiendl,J。;英国Bletzinger。;Linhard,J。;Wuchner,R.,《基尔霍夫-洛夫元件的等几何壳体分析》,计算。方法应用。机械。工程,1983902-3914(2009)·兹比尔1231.74422
[16] 戈麦斯,H。;休斯·T·J·R。;Nogueira,X。;Calo,V.M.,等温Navier-Stokes-Korteweg方程的等几何分析,计算。方法应用。机械。工程,1991828-1840(2010)·Zbl 1231.76191号
[17] 刘杰。;兰迪斯,C.M。;戈麦斯,H。;Hughes,T.J.R.,《液-汽相变:热力学理论、熵稳定数值公式和沸腾模拟》,计算。方法应用。机械。工程(2015)·Zbl 1423.76456号
[18] 布埃诺,J。;卡斯奎罗,H。;Bazilevs,Y。;Gomez,H.,弹性毛细现象的三维动态模拟,麦加尼卡,53,6,1221-1237(2018)·Zbl 1391.76138号
[19] 利普顿,S。;Evans,J。;Bazilevs,Y。;Elguedj,T.等人。;Hughes,T.J.R.,等几何结构离散在严重网格畸变下的稳健性,计算。方法应用。机械。工程,199,357-373(2010)·Zbl 1227.74112号
[20] Cottrell,J.A。;Reali,A。;Bazilevs,Y。;Hughes,T.J.R.,结构振动的等几何分析,计算。方法应用。机械。工程,195,5257-5296(2006)·Zbl 1119.74024号
[21] 布法,A。;De Falco,C。;Sangalli,G.,《等几何分析:二维斯托克斯方程的稳定元素》,国际。J.数字。《液体方法》,65,11-12,1407-1422(2011)·Zbl 1429.76044号
[22] 布法,A。;桑加利,G。;Vázquez,R.,《电磁学中的等几何分析:B样条逼近》,计算。方法应用。机械。工程,199,17-20,1143-1152(2010)·Zbl 1227.78026号
[23] Evans,J.A。;Hughes,T.J.,非定常Navier-Stokes方程的等几何发散变换B样条,J.Compute。物理。,241, 141-167 (2013) ·Zbl 1349.76054号
[24] Casquero,H。;张义杰。;Bona-Casas,C。;达尔星。;Gomez,H.,《非机身流体-结构相互作用:发散-变换b样条、全隐式动力学和变分公式》,J.Compute。物理。,374, 625-653 (2018) ·Zbl 1416.74026号
[25] Auricchio,F。;贝劳Da Veiga,L。;休斯·T·J·R。;Reali,A。;Sangalli,G.,等几何配置方法,数学。模型方法应用。科学。,20, 2075-2107 (2010) ·Zbl 1226.65091号
[26] 戈麦斯,H。;De Lorenzis,L.,变分配置法,计算。方法应用。机械。工程,309152-181(2016)·Zbl 1439.74489号
[27] 布法,A。;Cho,D。;Sangalli,G.,与某些特定T网格相关的T样条混合函数的线性独立性,计算。方法应用。机械。工程,199,23-24,1437-1445(2010)·Zbl 1231.65027号
[28] 李,X。;郑洁。;Sederberg,T.W。;休斯·T·J·R。;Scott,M.A.,关于T样条混合函数的线性独立性,计算。辅助Geom。设计,29,63-76(2012)·Zbl 1251.65012号
[29] 斯科特,M。;李,X。;塞德伯格,T。;Hughes,T.J.R.,分析适用T样条的局部精化,计算。方法应用。机械。工程,213-216,206-222(2012)·兹比尔1243.65030
[30] 李,X。;Scott,M.A.,《分析适用的T样条:特征化、精细化和近似》,数学。模型方法应用。科学。,24, 06, 1141-1164 (2014) ·Zbl 1292.41004号
[31] Beirao da Veiga,L。;布法,A。;桑加利,G。;Vazquez,R.,《分析适用于任意次数的T样条:定义、线性独立性和近似特性》,数学。模型方法应用。科学。,23, 11, 1979-2003 (2013) ·Zbl 1270.65009号
[32] Beirao da Veiga,L。;布法,A。;Cho,D。;Sangalli,G.,适用于分析的T样条曲线是双重兼容的,计算。方法应用。机械。工程,24942-51(2012)·Zbl 1348.65048号
[33] Bressan,A。;布法,A。;Sangalli,G.,分析适用T样条的特征,计算。辅助Geom。设计,39,17-49(2015)·Zbl 1417.65063号
[34] Casquero,H。;刘,L。;Zhang,Y。;Reali,A。;Gomez,H.,使用任意次数的适合分析的T样条的等几何配置,计算。方法应用。机械。工程,301164-186(2016)·Zbl 1425.65195号
[35] 魏,X。;Zhang,Y。;刘,L。;Hughes,T.J.,截断T样条:基本原理和方法,计算。方法应用。机械。工程,316349-372(2017)·Zbl 1439.65018号
[36] 科林,A。;桑加利,G。;Takacs,T.,等几何空间的分析适用性(G^1)多批次参数化,计算。辅助Geom。设计,4793-113(2016)·兹伯利1418.65017
[37] 卡普尔,M。;桑加利,G。;Takacs,T.,分析适用性平面多批次参数化的构建,计算。辅助设计。,97, 41-55 (2018)
[38] 卡普尔,M。;桑加利,G。;Takacs,T.,非结构化多匹配平面域上的argyris等几何空间,arXiv预印本arXiv:1711.05161(2017)
[39] 托什尼瓦尔,D。;Speleers,H。;Hughes,T.J.,非结构化四边形网格上的光滑三次样条空间,特别强调特殊点:几何设计和等几何分析注意事项,Comput。方法应用。机械。工程,327,411-458(2017)·Zbl 1439.65017号
[40] Kiendl,J。;Bazilevs,Y。;徐,M.-C。;Wüchner,R。;Bletzinger,K.-U.,《基尔霍夫-洛夫壳体结构等几何分析的弯曲条带法》,计算。方法应用。机械。工程,1992403-2416(2010)·Zbl 1231.74482号
[41] Benson,D。;Bazilevs,Y。;徐,M.-C。;Hughes,T.J.R.,《大变形、无旋转、等几何壳体》,计算。方法应用。机械。工程,200,13,1367-1378(2011)·Zbl 1228.74077号
[42] Nagy,A.P。;I.Jsselmuiden,S.T。;Abdalla,M.M.,《各向异性壳体的等几何设计:最佳形式和材料分布》,计算。方法应用。机械。工程,264145-162(2013)·Zbl 1286.74074号
[43] Kiendl,J。;徐,M.-C。;吴先生。;Real,A.,《一般超弹性材料的等几何基尔霍夫-洛夫壳公式》,计算。方法应用。机械。工程,291,280-303(2015)·Zbl 1423.74177号
[44] Tepole,A.B。;卡巴拉,H。;英国布莱廷格。;Kuhl,E.,生物膜的等几何基尔霍夫-洛夫壳配方,计算。方法应用。机械。工程,293,328-347(2015)·Zbl 1423.74530号
[45] Duong,T.X。;Roohbakhshan,F。;Sauer,R.A.,一种新的无旋转等几何薄壳公式和相应的面片边界连续性约束,计算。方法应用。机械。工程,316,43-83(2017)·Zbl 1439.74409号
[46] Roohbakhshan,F。;Sauer,R.A.,《软生物材料的高效等几何薄壳配方》,Biomech。模型。机械。,16, 5, 1569-1597 (2017)
[47] Nguyen-Thanh,N。;北卡罗来纳州瓦利扎德。;Nguyen,M。;Nguyen-Xuan,H。;庄,X。;阿雷亚斯,P。;Zi,G.等人。;Bazilevs,Y。;德洛伦齐斯,L。;Rabczuk,T.,基于基尔霍夫-洛夫理论的扩展等几何薄壳分析,计算。方法应用。机械。工程,284,265-291(2015)·Zbl 1423.74811号
[48] 邓,X。;科罗本科,A。;严,J。;Bazilevs,Y.,无旋转复合材料壳体中连续损伤的等几何分析,计算。方法应用。机械。工程,284,349-372(2015)·兹比尔1423.74569
[49] Bazilevs,Y。;Pigazzini,M。;埃里森,A。;Kim,H.,基于等几何分析和基尔霍夫-洛夫壳的复合材料层压板渐进损伤模拟的新多层方法。第一部分:分层和横向剪切的基本理论和建模,计算。机械。,62, 3, 563-585 (2018) ·Zbl 1446.74163号
[50] Ambati,M。;Kiendl,J。;De Lorenzis,L.,弹塑性等几何基尔霍夫-洛夫壳公式,计算。方法应用。机械。工程(2018)·Zbl 1440.74076号
[51] Benson,D。;Bazilevs,Y。;Hsu,M。;Hughes,T.J.R.,等几何壳体分析:Reissner-Mindlin壳体,计算。方法应用。机械。工程,199,276-289(2010)·Zbl 1227.74107号
[52] 泰语,C.H。;Nguyen-Xuan,H。;Nguyen-Thanh,N。;Le,T.-H。;Nguyen-Thoi,T。;Rabczuk,T.,使用基于NURBS的等几何方法对层压复合材料Reissner-Mindlin板进行静态、自由振动和屈曲分析,国际。J.数字。方法工程,91,6,571-603(2012)·Zbl 1253.74007号
[53] Dornisch,W。;克林克尔,S。;Simeon,B.,《使用精确计算的导向向量进行等几何Reissner-Mindlin壳分析》,计算。方法应用。机械。工程,253491-504(2013)·Zbl 1297.74070号
[54] Oestere,B。;Ramm,E。;Bischoff,M.,《剪切变形、无旋转等几何壳体公式》,计算。方法应用。机械。工程,307,235-255(2016)·Zbl 1436.74040号
[55] Oestere,B。;Sachse,R。;Ramm,E。;Bischoff,M.,包括线性化横向剪切参数化的层次等几何大旋转壳单元,计算。方法应用。机械。工程,321,383-405(2017)·Zbl 1439.74457号
[56] Bouclier,R。;Elguedj,T.等人。;Combescure,A.,《基于NURBS的高效等几何实体壳单元:混合公式和B方法》,计算。方法应用。机械。工程,26786-110(2013)·Zbl 1286.74096号
[57] Bouclier,R。;Elguedj,T.等人。;Combescure,A.,《基于NURBS的等几何立体壳单元的开发:2D问题和对3D的初步扩展》,计算。机械。,521085-1112(2013年)·Zbl 1388.74116号
[58] 侯赛尼,S。;雷默斯,J.J。;Verhoosel,C.V。;De Borst,R.,用于非线性分析的等几何类固体壳元,国际。J.数字。方法工程,95,3,238-256(2013)·Zbl 1352.74362号
[59] 侯赛尼,S。;雷默斯,J.J。;Verhoosel,C.V。;De Borst,R.,非线性分析的等几何连续体壳元,计算。方法应用。机械。工程,271,1-22(2014)·Zbl 1296.74057号
[60] Bouclier,R。;Elguedj,T.等人。;Combescure,A.,用于几何非线性分析的基于等几何无锁NURBS的实体壳单元,国际。J.数字。方法工程,101,10,774-808(2015)·Zbl 1352.74330号
[61] 埃希特,R。;Oestere,B。;Bischoff,M.,等几何壳体有限元的层次族,计算。方法应用。机械。工程,254170-180(2013)·Zbl 1297.74071号
[62] Benson,D。;哈特曼,S。;Bazilevs,Y。;徐,M.-C。;Hughes,T.J.R.,混合等几何壳,计算。方法应用。机械。工程,255133-146(2013)·Zbl 1297.74114号
[63] Casquero,H。;刘,L。;Zhang,Y。;Reali,A。;Kiendl,J。;Gomez,H.,全非线性Kirchhoff-Love壳等几何分析的任意阶T样条,计算。辅助设计。,82, 140-153 (2017)
[64] Cirak,F。;奥尔蒂斯,M。;Schröder,P.,《细分曲面:薄壳有限元分析的新范式》,国际。J.数字。方法工程,47,12,2039-272(2000)·Zbl 0983.74063号
[65] Cirak,F。;Ortiz,M.,《有限变形薄壳分析的完全(C^1)协调细分单元》,国际。J.数字。方法工程,51,7,813-833(2001)·Zbl 1039.74045号
[66] Cirak,F。;斯科特,M.J。;安东森,E.K。;奥尔蒂斯,M。;Schröder,P.,使用细分的薄壳结构的集成建模、有限元分析和工程设计,计算。辅助设计。,34, 2, 137-148 (2002)
[67] Cirak,F。;奥尔蒂斯,M。;Pandolfi,A.,薄壁断裂和碎裂的内聚方法,计算机。方法应用。机械。工程,194,21,2604-2618(2005)·Zbl 1082.74052号
[68] Cirak,F。;具有精确边界控制和非流形几何的长Q.细分壳,国际。J.数字。方法工程师,88,9,897-923(2011)·Zbl 1242.74102号
[69] 龙,Q。;Burkhard Bornemann,P。;Cirak,F.,剪切柔性细分壳,国际。J.数字。方法工程,90,13,1549-1577(2012)·兹比尔1246.74060
[70] 班达拉,K。;Cirak,F.,使用多分辨率细分曲面优化壳体结构的等几何形状,计算。辅助设计。,95, 62-71 (2018)
[71] Wawrzink,A。;Polthier,K.,Catmull-Clark曲面上广义B样条函数的奇点积分,计算。辅助设计。,78, 60-70 (2016)
[72] Jüttler,B。;Mantzaflaris,A。;Perl,R。;Rumpf,M.,关于曲面上偏微分方程的等几何细分方法中的数值积分,计算。方法应用。机械。工程,302131-146(2016)·Zbl 1425.65033号
[73] Arden,G.,细分曲面的近似特性(2001),华盛顿大学(博士论文)
[74] 斯科特,M。;辛普森,R。;Evans,J。;利普顿,S。;博尔达斯,S。;休斯·T·J·R。;Sederberg,T.,使用非结构化T样条的等几何边界元分析,计算。方法应用。机械。工程,254197-221(2013)·Zbl 1297.74156号
[75] Breitenberger,M。;Aposolatos,A。;菲利普,B。;Wüchner,R。;Bletzinger,K.-U.,《计算机辅助设计分析:壳体结构的非线性等几何B-Rep分析》,计算机。方法应用。机械。工程,284,401-457(2015)·Zbl 1425.65030号
[76] Belytschko,T。;Lin,J.I。;Chen-Shyh,T.,壳体非线性动力学的显式算法,计算。方法应用。机械。工程,42,2,225-251(1984)·Zbl 0512.73073号
[77] Li,X.,适用于分析的T样条的一些性质,J.Compute。数学。,33, 428-442 (2015) ·Zbl 1340.65020号
[78] 詹内利,C。;Jüttler,B。;Speleers,H.,Thb-样条线:层次样条线的截断基础,计算。辅助Geom。设计,29,7,485-498(2012)·Zbl 1252.65030号
[79] 魏,X。;Zhang,Y。;托什尼瓦尔,D。;斯佩尔斯,H。;李,X。;曼尼,C。;Evans,J.A。;Hughes,T.J.R.,等几何分析中具有最佳收敛速度的非结构化四边形和六面体网格上的混合B样条构造,计算。方法应用。机械。工程,341609-639(2018)·Zbl 1440.65021号
[80] 张杰。;Li,X.,关于任意度分析的线性独立性和单位的划分——适合T样条,Commun。数学。统计,3,3,353-364(2015)·Zbl 1323.41012号
[81] 皮格尔。;Tiller,W.,《NURBS图书》(2012),Springer Science&Business Media
[82] 博登,M.J。;斯科特,硕士。;Evans,J.A。;Hughes,T.J.R.,基于NURBS的Bézier提取的等几何有限元数据结构,国际。J.数字。方法工程,87,1-5,15-47(2011)·Zbl 1242.74097号
[83] 斯科特,硕士。;博登,M.J。;Verhoosel,C.V。;Sederberg,T.W。;Hughes,T.J.R.,基于T样条Bézier提取的等几何有限元数据结构,国际。J.数字。方法工程,88,126-156(2011)·Zbl 1242.65243号
[84] Nguyen,T。;Peters,J.,不规则四边形布局的可精化(C^1)样条元素,计算。辅助Geom。设计。,43, 123-130 (2016) ·Zbl 1418.65026号
[85] Reif,U.,任意拓扑亏格光滑样条曲面的可细化空间,J.近似理论,90,2,174-199(1997)·Zbl 0891.41007号
[86] 魏,X。;Zhang,Y。;休斯·T·J·R。;Scott,M.A.,截断分层Catmull-Clark细分与局部细化,计算。方法应用。机械。工程,291,1-20(2015)·Zbl 1425.65028号
[87] 魏,X。;Zhang,Y。;休斯·T·J·R。;Scott,M.A.,《扩展截断分层Catmull-Clark细分》,计算。方法应用。机械。工程,299316-336(2016)·Zbl 1425.65037号
[88] 魏,X。;Zhang,Y。;Hughes,T.J.R.,等几何分析应用中非结构化六面体网格上的截断层次三次样条构造,计算。数学。申请。,74, 9, 2203-2220 (2017) ·Zbl 1396.65022号
[89] Boehm,W.,《在B样条曲线中插入新节点》,计算。辅助设计。,12, 4, 199-201 (1980)
[90] 现金男,T.J。;多奇森,N.A。;Sabin,M.A.,一般次数B样条的对称、非均匀、细化和平滑细分算法,计算。辅助Geom。设计,26,194-104(2009)·兹比尔1205.65045
[91] Nguyen,T。;卡尔恰乌斯卡斯,K。;Peters,J.,《求解圆盘上泊松方程的几种经典离散微分和等几何方法的比较研究》,《公理》,3,2,280-299(2014)·Zbl 1311.68175号
[92] 比肖夫,M。;英国布莱廷格。;Wall,W.A。;Ramm,E.,薄壁结构的模型和有限元,(计算力学百科全书(2004),John Wiley&Sons,Ltd)
[93] 巴莱,S。;M.F.亚当斯。;Brown,J。;布鲁恩,P。;Buschelman,K。;埃伊霍特,V。;格罗普,W.D。;考希克,D。;Knepley,M.G。;McInnes,L.C.公司。;鲁普,K。;B.F.史密斯。;Zhang,H.,PETSc网页(2014),http://www.mcs.anl.gov/petsc
[94] 巴莱,S。;M.F.亚当斯。;Brown,J。;布鲁纳,P。;Buschelman,K。;埃伊霍特,V。;格罗普,W.D。;考希克,D。;Knepley,M.G。;McInnes,L.C.公司。;鲁普,K。;B.F.史密斯。;Zhang,H.,PETSC用户手册(2013),阿贡国家实验室
[95] 布鲁纳,P.R。;Knepley,M.G。;B.F.史密斯。;Tu,X.,《构建可扩展非线性代数解算器》,SIAM Rev.,57,4,535-565(2015)·Zbl 1336.65030号
[96] 阿西尼亚加,R。;Reddy,J.,壳体结构几何非线性分析的基于张量的有限元公式,计算。方法应用。机械。工程,1961048-1073(2007)·兹比尔1120.74802
[97] J.O.Hallquist,LS-DYNA理论手册。利弗莫尔软件技术公司,1998年。
[98] Groisser,D。;Peters,J.,Matched(G^k)-构造总是产生连续的等几何元素,计算。辅助Geom。设计,34,67-72(2015)·Zbl 1375.65026号
[99] 比伯,S。;Oestere,B。;Ramm,E。;Bischoff,M.,一种避免与离散化方案无关的锁定的变分方法,Internal。J.数字。方法工程,114,8,801-827(2018)
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