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3D concave polyhedral elements for elasticity problem using cell-based smoothed finite element method

delete2026-09-11
delete0
PRE
AI
吴
吴少伟 (Shao‐Wei Wu) *
Y
Yu-Hang Ning
H
Hao-Cheng Fu
D
De-Tao Wan
C
Chen Jiang
G
G. R. Liu
DOI:10.1007/s00466-026-02839-xdelete
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摘要

摘要

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本研究首次将光滑有限元法扩展至任意复杂离散化求解弹性力学问题,无缝融合六面体、凸多面体以及特别是凹多面体单元。凹角(通常在大变形中出现的网格畸变)是计算固体力学中最严峻的挑战之一。为使用具有随机特征的任意复杂凹多面体单元离散连续体,提出了一种基于图像的方法,利用有限元框架内的坐标映射理论构建这些单元。针对由任意复杂多面体单元离散化的力学问题,建立了一种新颖的无雅可比自由元光滑有限元法,在稳定性、鲁棒性和抗网格畸变方面表现出优越特性。采用Delaunay四面体化算法自动生成多面体单元的光滑域,无需引入任何虚拟节点。通过梯度光滑技术,将基于单元的体积积分转化为一系列在光滑域上的边界表面积分,这不仅放宽了形函数的连续性要求,还实现了自稳定性,无需额外的稳定项。简单的基准测试和复杂工程实例证明了所提方法在处理非凸多面体网格时的适用性和鲁棒性。
Keyword:
Concave polyhedral element
Smoothed Finite Element Method
Gradient smoothing technology
Self-stabilizing

期刊

Computational Mechanics 封面图
Computational Mechanics
IF:
3.8
论文数:
3.2K
被引数:
9.0K

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