几何精确NURBS有限元中边界条件施加方式对精度影响的三维计算分析

非均匀有理B样条(NURBS)有限元法把计算机辅助几何设计(CAGD)中的NURBS几何构形方法与有限元方法有机结合起来,有效消除了有限元离散模型的几何误差,提高了计算精度。但是由于NURBS基函数不是插值函数,直接在控制节点上施加位移边界条件会引起较大误差。本文详细讨论了NURBS基函数的插值特性,在NURBS有限元分析中采用罚函数法施加位移边界条件,提高了收敛率和计算精度。结合典型三维弹性力学问题,对两种施加位移边界条件的方法进行了对比和分析。计算结果表明,直接施加位移边界条件会导致收敛率和精度的明显降低,而基于罚函数法的NURBS有限元分析则能达到最优收敛率,并具有更高的精度。

几何精确非协调等几何NURBS有限元

论文尝试将传统的非协调有限元技术推广到等几何有限元领域,建立了基于精确几何的非协调等几何分析方法,旨在拓展等几何分析应用范围,以便于等几何分析技术能真正实现CAD和FEA的融合,从而真正实现了无需划分网格的目的.我们定义了非协调的NURBS几何(类似非协调元),给出了NURBS曲面之间几何弱连续的充分条件,进而定义了非协调的等几何分析,将之归纳为带约束驻值问题,并用拉格朗日方法进行求解.两个算例证明这种方法的有效性.未来的工作主要是证明这种方法在不同几何连续性条件下的收敛性以及将之应用到更广的领域.

基于FETI的非协调等几何分析

基于非均匀有理B样条的等几何分析方法是一种无需网格划分的新的计算方法,旨在实现直接利用CAD模型进行分析,有望取代目前传统有限元技术.等几何分析已被成功应用在固体力学,流固耦合及拓扑优化等诸多领域.等几何分析方法要求CAD曲面或者实体高阶连续,而绝大多数CAD模型内多个曲面不但无法保持高阶连续,而且在公共界面处是几何非协调的.这一缺陷严重制约了等几何分析技术的进一步发展和应用.另外,由于采用高阶单元,等几何分析计算量较等自由度传统有限元要耗时.为解决这些难题,笔者在先前工作基础之上,提出了基于FETI方法的非协调等几何分析.新方法较以往的零空间解法更加快捷,适用于大规模数据的并行计算.数值算例表明该方法无需修改CAD模型,实施简单,精度满足要求,可处理复杂CAD模型.