数学 > 数值分析
[提交于 2025年7月2日
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标题: 一种混合 Petrov--Galerkin Cosserat 杆有限元公式化
标题: A mixed Petrov--Galerkin Cosserat rod finite element formulation
摘要: 本文提出了一种总拉格朗日混合佩特罗夫-加莱尔金有限元公式,该方法为分析柯西-罗德提供了一种计算效率高的方法,且不存在奇点和锁死现象。 为了实现无奇点的杆件方向参数化,节点运动学未知量定义为节点中心线位置和单位四元数。 我们对所有节点运动学坐标应用拉格朗日插值,并结合非单位四元数的投影,从而得到具有正交横截面固定基的插值。 为了消除剪切锁死等锁死效应,应用了变分海林格-赖斯纳原理,从而得到一种包含结果接触力和力矩的附加场的混合方法。 由于混合公式以符合形式包含本构定律,因此自然地包含了约束理论,如基尔霍夫-洛维理论。 本研究特别考察了附加内力场对数值性能的影响,包括锁死缓解和鲁棒性。 通过使用已建立的基准示例,该方法展示了增强的计算鲁棒性和效率,这由在应用标准牛顿-拉夫森方法时所需载荷步数和迭代次数的减少所证明。
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