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具有对角线化的一致质量矩阵的动力有限元和弹塑性撞击计算

钱伟长

钱伟长. 具有对角线化的一致质量矩阵的动力有限元和弹塑性撞击计算[J]. 应用数学和力学, 1982, 3(3): 281-296.
引用本文: 钱伟长. 具有对角线化的一致质量矩阵的动力有限元和弹塑性撞击计算[J]. 应用数学和力学, 1982, 3(3): 281-296.
Chien Wei-zang. Dynamic Finite Element with Diagonalized Consistent Mass Matrix and Elastic-Plastic Impact Calculation[J]. Applied Mathematics and Mechanics, 1982, 3(3): 281-296.
Citation: Chien Wei-zang. Dynamic Finite Element with Diagonalized Consistent Mass Matrix and Elastic-Plastic Impact Calculation[J]. Applied Mathematics and Mechanics, 1982, 3(3): 281-296.

具有对角线化的一致质量矩阵的动力有限元和弹塑性撞击计算

Dynamic Finite Element with Diagonalized Consistent Mass Matrix and Elastic-Plastic Impact Calculation

  • 摘要: 在EPIC[1、2]、NONSAP[3]等弹塑性撞击计算的有限元程序中,都有一些共同的弱点.所有这些程序,都采用静力学问题中常用的简单线性形状函数来描写各位移分量.在这样的有限元法中,应变和应力分量在每一有限元中都是常量.但在运动方程中,应力分量都是以它们的空间导数的形式出现的.于是,在采用了线性形状函数来表达的位移分量以后,应力分量对运动方程的贡献必恒等于零.克服这种困难的一般方法是通过虚位移原理,把运动方程化为能量关系的变分形式,从而建立既作用在结点上而又在每一有限元内自相平衡的人为内力平衡系统.把施加在某一结点上的所有相邻有限元的人为内力的作用叠加在一起,就能计算这一结点的加速度.但是从虚位移原理化为能量关系的变分形式时,要求位移和应力在积分域内处处连续.也就是说,要求位移和应力有限元都是协调的.我们很易看到,线性形状函数所描述的位移有限元是连续协调的,但其有关的应力分量在有限元界面上,则并不连续.所以,这样的有限元处理,是否收敛并无把握,即使从近似角度看,也是难以令人满意的.而且,为了计算结点的加速度,我们还应该有建立质量矩阵的计算规则.目前有两种计算方法:一种是集总(lumped)质量法,另一种是一致(consistent)质量法[4].
  • [1] Johnson,G.R.,Analysis of elastic-plastic impact involving severe distorsions.Journal of Applied Mechanics.Vol.43,No.3,Trans.A.S.M.E.,Vol.98,Series E,Sept.1976. pp.439-444.
    [2] Johoson,G.R.,High velocity impact calculations in three dimensions,Journal of Applied Mechanics.Vol.44,No.1,Trans.A.S.M.E.,Vol.99,Series E.March.(1977),pp.95-100.
    [3] Dathe.K.J.and Wilson.E.L.,NONSAP-A general finite element program for nonlinear dynamic analysis of complex structure,Paper M3/1,Proc.Second Int.Conf.Struct.Mech.Reactor Technology,Berlin(1973).
    [4] Zienkiewicz,O.C.,The Finite Element Method (Third Edition.1977), pp,533-540,McGraw-Hill, London.
    [5] Boresi,A.P.,Elasticity in engineering mechanics.Prentice-Hall Inc.,Englewood Cliffs,N.J.(1965).
    [6] Von Neumann.J.and Richtmyer,R.D.,A method for the numerical calculation of hydrodynamic shocks,Journal of Applied Physics.Vol.21,1950,pp.232-237.
    [7] Walsh.J.M.,et al.,Shock wave compressions of twenty seven metals.Equations of state of metals.Physical Review.Vol.108. No.2,Oct.1957,pp.196-216.
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出版历程
  • 收稿日期:  1981-12-05
  • 刊出日期:  1982-06-15

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