带有沙漏控制的有限元冲击动力问题并行计算

《带有沙漏控制的有限元冲击动力问题并行计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、一

2、一e-Y荃之017.117^r'g'*rA}.”/摘要冲击是工程实际中广泛存在的一种现象，它的计算涉及到几个非线性和材料非线性，而且计算过程极为耗时。对其进行分析和研究具有重要的理论和工程意义。本文即在这方面做一些有益的工作。为了简便有效地解决冲击件的大变形问题，本文针对十六节点相对自由度壳单元进行研究。该单元的位移场由壳的中面节点位移和上表面节点的相对位移组成，不带有转动变量。所有的研究都是基于完全三维的位移、应力、应变场。利用Hu-Washinzu变分原理，采用改善拟应变法(EAS法)，对应变场另行假设，能够改善该单元在大变形情况下的计算精度。通过引入Wilson非协调

3、模式，构造了大变形情况下的拟应变场表达式，给出了该单元用于解决非线性动力分析问题的有限元列式。本文针对相对自由度壳单元提出的方法及推导的公式，能够解决壳结构的大变形动力分析问题。为了解决大规模冲击动力问题计算过程中极为耗时的单元内力计算问题，本文构造了一种新的带有沙漏控制的八节点相对自由度壳单元，提出了一种带有沙漏控制的有限元冲击算法。通过拟应变法及Hu-Washizu变分原理，该单元能够同时消除沙漏和锁死、并且具有较高的计算精度。首先推导了带有沙漏控制的八节点相对自由度壳元内的坐标、位移插值公式，然后构造了拟应变场的表达式，最后通过Hu-Washizu变分原理，建立了有限元求解

4、方程。同时，通过附加Wilson非协调位移模式，单元的计算精度得到了明显改善，并对单元的收敛性进行了讨论。基于带有沙漏控制的相对自由度壳元分别对线性问题和非线性问题进行研究，计算效率得到了明显提高。本文最后基于区域分裂法，在网络机群的并行计算环境下，构造了冲击动力问题的混合积分并行算法，描述了其详细的算法执行步骤，编制了相应的计算程序。采用子循环的方法使各子区域的计算达到同步，通过消息传递软件一PVM来传递各子区域间的信息。最后通过38万阶自由度汽车模型的冲击动力分析，可以看出:带有子循环的混合时间步长显式并行算法能够显著的提高运算效率，缩短计算时间。关键词:冲击大变形沙漏控制有

5、限元并行算法月吸犷ABSTRACTImpactwidelyexistsinengineering,andthebehaviorofimpactcomputationpresentsgeometricandmaterialnon-linearity.BecauseItscomplexity,thelarge-scaleimpactcomputingisverytime-consuming.Soitsanalysisisofgreatimportanceforboththeoreticalandengineeringpurpose.Doingsomehelpfulcontributi

6、ontothisfieldisrighttheaimofthepresentpaper.Inordertosimplyandefficientlyresolvetheproblemoflargedeformation,a16-nodeshellelementofrelativedegreeoffreedomhasbeendevelopedinthispaperforlargedeformationanalysisofplateandshellstructure.Withouttherotationparameters,thedisplacementfieldoftheshelle

7、lementisrepresentedbythedisplacementontheshellmid-surfacetogetherwiththerelativedisplacementonshelltopsurface.Thedevelopmentisbaseduponthecompletethreedimensionalfieldequationofdisplacement,stressandstrain.WiththeaidofHu-Washinzuvariationalprincipleandassumedstrainmethod,aschemetoenhancetheac

8、curacyoftheelementforlargedisplacementanalysisisdescribed.ResortingtoWilson'sincompatiblemodetheassumedstrainfieldsareconstructedforthelargedeformationanalysis.Thefiniteelementformulationofshellelementofrelativedegreeoffreedomisderived.Numeri