စွမ်းဆောင်ရည်မြင့် အီလီမင့် ဖော်မြူလာရေးဆွဲမှု¶
3D ဆော်လစ် အီလီမင့် ဖော်မြူလာပုံစံ တွင် ဖော်ပြထားသော ရွှေ့ပြောင်းမှုအခြေပြု စံ ဖော်မြူလာပုံစံ သည် နီးပါး မဖိနှိပ်နိုင်သော ပစ္စည်း သို့မဟုတ် ကွေးခြင်း-လွှမ်းမိုးသော နံရံပါး ဖွဲ့စည်းပုံ များတွင် အသုံးပြုသောအခါ လော့ကင်း (ထုထည်ဆိုင်ရာ လော့ကင်း သို့မဟုတ် ရှီးယား လော့ကင်း) ဟုခေါ်သည့် မလိုလားအပ်သော တောင့်တင်းမှု အလွန်မြင့်မှုကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ ၎င်းကို ရှောင်ရန် FrontISTR တွင် B မက်ထရစ် သို့မဟုတ် ပုံပျက်မှု ဂရေဒီယင့် ၏ ထုထည်ဆိုင်ရာ အစိတ်အပိုင်း ကိုသာ အစားထိုးသော B-bar/F-bar နည်းလမ်း၊ အတွင်း DOF ထည့်သွင်းသည့် မကိုက်ညီသည့် အီလီမင့်၊ ဖိအား ကို လွတ်လပ်သော အမည်မသိကိန်း နယ်ပယ် အဖြစ်ယူသော u-p ရောနှော အီလီမင့် နှင့် ပြား/တန်း ဖွဲ့စည်းပုံ အတွက် MITC ရှဲလ် အီလီမင့် နှင့် ဘီးမ် အီလီမင့် များ ပါဝင်သည်။
ဤအခန်းတွင် စွမ်းဆောင်ရည်မြင့် အီလီမင့် နှင့် ဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာ အီလီမင့် များ၏ ဖော်မြူလာပုံစံ ကို အီလီမင့် တစ်ခုချင်းအလိုက် စုစည်းဖော်ပြထားသည်။
B-bar နည်းလမ်း¶
8-ဆုံမှတ် လိုင်းနီးယား ခြောက်မျက်နှာ အီလီမင့် ကို နီးပါး မဖိနှိပ်နိုင်သော ပစ္စည်း အတွက် အသုံးပြုသောအခါ အီလီမင့် တစ်ခုအတွင်း စထရိန် နယ်ပယ် သည် ထုထည်ကိန်းသေ ကန့်သတ်ချက် နှင့် မကိုက်ညီနိုင်ပြီး ထုထည်ဆိုင်ရာ လော့ကင်း ဟုခေါ်သည့် တောင့်တင်းမှု အလွန်မြင့်မှု ဖြစ်ပေါ်သည်။ B-bar နည်းလမ်း သည် B မက်ထရစ် ထဲမှ ထုထည်ဆိုင်ရာ ချဲ့ထွင်မှု ကို ဖြစ်စေသော အစိတ်အပိုင်း များကို အီလီမင့် ဗဟို တွင် အကဲဖြတ် လုပ်ထားသော တန်ဖိုး များဖြင့် အစားထိုးကာ အလွန်အကျွံကန့်သတ်မှု ကို လျော့စေသည် [Hughes1980]။
အီလီမင့် ဗဟို \(\boldsymbol{r} = \boldsymbol{0}\) တွင် ပုံသဏ္ဌာန်ဖန်ရှင် ၏ နေရာပိုင်း ဆင်းသက်ကိန်း မှ တွက်ထားသော B မက်ထရစ် ကို \(\bar{\boldsymbol{B}}\) ဟု၊ ပေါင်းစည်း အမှတ် \(\boldsymbol{r}\) တွင် တွက်ထားသော ပုံမှန် B မက်ထရစ် ကို \(\boldsymbol{B}(\boldsymbol{r})\) ဟု သတ်မှတ်သည်။ ဆုံမှတ် \(\alpha\) ၏ DOF \(i\) အတွက် ရွှေ့ပြောင်းမှု-စထရိန် ဆက်နွယ်မှု တွင် ထုထည်ဆိုင်ရာ စထရိန် အစိတ်အပိုင်း \((\varepsilon_{11}, \varepsilon_{22}, \varepsilon_{33})\) များသို့
ကို ထည့်ပြီး ရှီးယား အစိတ်အပိုင်း \((\varepsilon_{12}, \varepsilon_{23}, \varepsilon_{31})\) များအတွက် ပုံမှန် \(\boldsymbol{B}\) ကို အသုံးပြုသည်။ ထိုသို့ ရရှိသော B-bar မက်ထရစ် ဖြင့် အီလီမင့် တောင့်တင်းမှု နှင့် အတွင်းအား ဗက်တာ ကို စုစည်း လုပ်သည်။
FrontISTR တွင် ဤ ဖော်မြူလာပုံစံ ကို 8-ဆုံမှတ် လိုင်းနီးယား ခြောက်မျက်နှာ အီလီမင့် (အီလီမင့် ID 361; အီလီမင့် နံပါတ်ပေးမှု စနစ်ပုံစံ) အတွက်သာ ပံ့ပိုးပြီး သေးငယ်သော ပုံပျက်မှု, စုစုပေါင်း Lagrange, မွမ်းမံထားသော Lagrange အားလုံးတွင် အသုံးချနိုင်သည်။
F-bar နည်းလမ်း¶
ဖိုင်နိုက် ပုံပျက်မှု အောက်တွင် ထုထည်ဆိုင်ရာ ပြောင်းလဲမှု သည် ပုံပျက်မှု ဂရေဒီယင့် \(\boldsymbol{F}\) မှတစ်ဆင့် နွန်လိုင်းနီးယား ပုံစံဖြင့် သက်ရောက်သောကြောင့် B-bar နည်းလမ်း နှင့်တူသော ထုထည်ဆိုင်ရာ-လော့ကင်း ကိုင်တွယ်နည်း ကို ပုံပျက်မှု-ဂရေဒီယင့် အဆင့် တွင် လုပ်သည့်နည်းမှာ F-bar နည်းလမ်း [deSouzaNeto1996] ဖြစ်သည်။
အီလီမင့် ဗဟို \(\boldsymbol{r} = \boldsymbol{0}\) တွင် အကဲဖြတ် လုပ်ထားသော ပုံပျက်မှု ဂရေဒီယင့် ၏ ထုထည် အချိုး ကို \(J_0 = \det \boldsymbol{F}(\boldsymbol{0})\)၊ ပေါင်းစည်း အမှတ် ရှိ ထုထည် အချိုး ကို \(J = \det \boldsymbol{F}(\boldsymbol{r})\) ဟုထားပြီး ပေါင်းစည်း အမှတ် ၏ ပုံပျက်မှု ဂရေဒီယင့် ကို
ဖြင့် အစားထိုးသည်။ ထို့ကြောင့် \(\det \bar{\boldsymbol{F}} = J_0\) ဖြစ်ပြီး အီလီမင့် တစ်လျှောက် ထုထည် အချိုး သည် အီလီမင့်-ဗဟို တန်ဖိုး နှင့် တူညီလာသည်။ စထရက်စ် အကဲဖြတ်မှု နှင့် စထရိန်-ရွှေ့ပြောင်းမှု မက်ထရစ် တည်ဆောက်ရာတွင် အစားထိုးထားသော \(\bar{\boldsymbol{F}}\) ကို အသုံးပြု၍ အီလီမင့် တန်ဂျင့် တောင့်တင်းမှု တွင် ဤအစားထိုးမှုနှင့် ဆက်စပ်သော ထပ်ဆောင်း ကိန်းချက် များကိုပါ ထည့်သွင်းသည်။
FrontISTR သည် F-bar နည်းလမ်း ကို 8-ဆုံမှတ် လိုင်းနီးယား ခြောက်မျက်နှာ အီလီမင့် အတွက်သာ အကောင်အထည်ဖော် လုပ်ထားပြီး သေးငယ်သော ပုံပျက်မှု နှင့် စုစုပေါင်း Lagrange / မွမ်းမံထားသော Lagrange နွန်လိုင်းနီးယား ဂျီဩမေတြီ များတွင် အသုံးချနိုင်သည်။
မကိုက်ညီသည့် အီလီမင့်¶
8-ဆုံမှတ် လိုင်းနီးယား ခြောက်မျက်နှာ အီလီမင့် တွင် ကွေးခြင်း အတွက် လိုအပ်သော စထရိန် မုဒ် မပြည့်စုံသောကြောင့် ကွေးခြင်း-လွှမ်းမိုးသော ပြဿနာ များတွင် ကွေးခြင်း လော့ကင်း ဖြစ်သည်။ မကိုက်ညီသည့် အီလီမင့် [Taylor1976] သည် ဤအားနည်းချက်ကို ဖြည့်ရန် အီလီမင့် အတွင်း ထပ်ဆောင်း ရွှေ့ပြောင်းမှု မုဒ် များ ထည့်သွင်းသည်။
အီလီမင့် နိုဒ်ဆိုင်ရာ ရွှေ့ပြောင်းမှု \(\boldsymbol{u}^e\) အပြင် အီလီမင့် အတွင်းသာ ရှိသော မကိုက်ညီသည့်-မုဒ် DOF \(\boldsymbol{\alpha} \in \mathbb{R}^{9}\) ကို အီလီမင့် တစ်ခုလျှင် ဦးတည်ချက် 3 ခု × မုဒ် 3 ခု အဖြစ် ထည့်ပြီး ရွှေ့ပြောင်းမှု နယ်ပယ် ကို
ဖြင့် ခန့်မှန်း လုပ်သည်။ သဘာဝ ကိုဩဒိနိတ် \(\boldsymbol{r} = (\xi, \eta, \zeta)\) အတွက် မကိုက်ညီသည့် ပုံသဏ္ဌာန်ဖန်ရှင် များကို \(M_1 = 1 - \xi^2\), \(M_2 = 1 - \eta^2\), \(M_3 = 1 - \zeta^2\) ဟုယူသည်။ ၎င်းတို့သည် အီလီမင့် နယ်နိမိတ် များတစ်လျှောက် ဆက်တိုက်မှု ကို အာမခံမပေးသော်လည်း ကွေးခြင်း မုဒ် နှင့် ဆက်စပ်သော စထရိန် များကို ပြန်ဖော်နိုင်သည့် အတွင်း နေရာ ကို ထည့်ပေးသည်။
အီလီမင့် တောင့်တင်းမှု ကို အပြင်-DOF / အတွင်း-DOF ဘလော့ခ် ပုံစံဖြင့်
တည်ဆောက်ပြီးနောက် အတွင်း DOF ကို \(d\boldsymbol{\alpha} = -\boldsymbol{K}_{\alpha\alpha}^{-1}\boldsymbol{K}_{\alpha d}\,d\boldsymbol{u}^e\) ဖြင့် ဖယ်ရှားသော တည်ငြိမ် အကျဉ်းချုံ့မှု လုပ်ကာ အပြင် DOF သာပါသည့် အီလီမင့် တောင့်တင်းမှု
ကို စုစုပေါင်း စုစည်းမှု သို့ ပေးသည်။
FrontISTR တွင် မကိုက်ညီသည့် အီလီမင့် ကို 8-ဆုံမှတ် လိုင်းနီးယား ခြောက်မျက်နှာ အီလီမင့် (C3D8IC) အတွက်သာ အကောင်အထည်ဖော် လုပ်ထားပြီး သေးငယ်သော ပုံပျက်မှု, စုစုပေါင်း Lagrange, မွမ်းမံထားသော Lagrange အားလုံးတွင် အသုံးချနိုင်သည်။
U-P ရောနှော အီလီမင့်¶
B-bar နှင့် F-bar နည်းလမ်း တို့က ရွှေ့ပြောင်းမှုအခြေပြု ဖွဲ့စည်းပုံ အတွင်း ထုထည်ဆိုင်ရာ အစိတ်အပိုင်း ကို ပြင်ဆင်သည့်အခါ u-p ရောနှော (U-P) အီလီမင့် သည် ဖိအား \(\lambda\) ကို ရွှေ့ပြောင်းမှု မှ လွတ်လပ်သော အမည်မသိကိန်း နယ်ပယ် အဖြစ် ထည့်သွင်းသည့် ရောနှော ဖော်မြူလာပုံစံ [Bathe1996] ဖြစ်သည်။ Poisson အချိုး 0.5 နှင့် အလွန်နီးသော ရာဘာကဲ့သို့သော ပစ္စည်း သို့မဟုတ် ပလတ်စတစ် ပုံပျက်မှု နောက်ရှိ သတ္တု ကဲ့သို့ နီးပါး မဖိနှိပ်နိုင်သော ပစ္စည်း များတွင် ရွှေ့ပြောင်းမှု နယ်ပယ် တစ်ခုတည်းဖြင့် ထုထည်ကိန်းသေ ကန့်သတ်ချက် ကို ဖြည့်ဆည်းရန် ကြိုးစားပါက ထုထည်ဆိုင်ရာ လော့ကင်း ဖြစ်သော်လည်း ဖိအား ကို လွတ်လပ်သော ကိန်းရှင် အဖြစ်ယူခြင်းဖြင့် ကန့်သတ်ချက် ကို လျော့စေသည်။
စထရက်စ် ကို ဒီဗီယေတာရစ် အစိတ်အပိုင်း နှင့် ဖိအား အစိတ်အပိုင်း အဖြစ် ခွဲ၍
ဟု ရေးသည်။ ဤနေရာတွင် \(\mathbf{D}_{\mathrm{dev}}\) သည် အီလတ်စတစ် မက်ထရစ် မှ ထုထည် မော်ဒူလပ် \(K\) နှင့် အချိုးကျ ဖြစ်သော ထုထည်ဆိုင်ရာ အစိတ်အပိုင်း ကို ဖယ်ထားသည့် လွဲဖယ် အီလတ်စတစ် မက်ထရစ် ဖြစ်သည်။ ဖိအား \(\lambda\) နှင့် ထုထည်ဆိုင်ရာ စထရိန် \(g = \mathrm{tr}\,\boldsymbol{\varepsilon}\) တို့သည် ချုံ့နိုင်မှု \(\alpha^{-1} = 1/K\) မှတစ်ဆင့် ကန့်သတ်ချက်
ဖြင့် ဆက်နွယ်သည်။ ရွှေ့ပြောင်းမှု \(\boldsymbol{u}\) နှင့် ဖိအား \(\lambda\) ကို အမည်မသိကိန်း အဖြစ်ယူ၍ ဒစ်စကရက်ပြု လုပ်သောအခါ အီလီမင့် တွဲဖက် စနစ်
ကို ရရှိသည်။ ဤနေရာတွင် \(\mathbf{K}_{uu}\) တွင် ဒီဗီယေတာရစ် အီလတ်စတစ် ထည့်ဝင်မှု နှင့် ကြီးမားသော ပုံပျက်မှု အတွက် ဂျီဩမေတြီဆိုင်ရာ တောင့်တင်းမှု ပါဝင်သည်။ \(\mathbf{K}_{up}\) သည် ထုထည်ဆိုင်ရာ စထရိန် နှင့် ဖိအား ကို ချိတ်ဆက် လုပ်ပြီး \(\mathbf{K}_{pp} = -\int \alpha^{-1}\,\boldsymbol{N}_p \boldsymbol{N}_p^{T}\,dV\) သည် ဖိအား တည်ငြိမ်ပြု ပုဒ် ဖြစ်သည် (\(\boldsymbol{N}_p\) သည် ဖိအား ပုံသဏ္ဌာန်ဖန်ရှင်)။ ဖိအား DOF များသည် အီလီမင့် အတွင်းသာ ရှိသောကြောင့်
ပုံစံဖြင့် တည်ငြိမ် အကျဉ်းချုံ့မှု လုပ်ပြီး အပြင် (ရွှေ့ပြောင်းမှု) DOF သာပါသည့် ထိရောက် တောင့်တင်းမှု ကို စုစုပေါင်း စုစည်းမှု သို့ ပေးသည်။
FrontISTR တွင် U-P အီလီမင့် ကို 8-ဆုံမှတ် လိုင်းနီးယား ခြောက်မျက်နှာ အီလီမင့် အတွက်သာ အကောင်အထည်ဖော် လုပ်ထားပြီး အီလီမင့် တစ်ခုလျှင် ဖိအား DOF 1 ခု (အီလီမင့် အတွင်း ကိန်းသေ) ဖြစ်သည်။ သေးငယ်သော ပုံပျက်မှု, စုစုပေါင်း Lagrange, မွမ်းမံထားသော Lagrange အားလုံးတွင် အသုံးချနိုင်သည်။ မွမ်းမံထားသော Lagrange တွင် လွဲဖယ် စထရက်စ် ကို ရည်ညွှန်းဘောင်မရွေး စထရက်စ်နှုန်း (Jaumann/Hughes-Winget အမျိုးအစား) ဖြင့် မွမ်းမံ လုပ်ပြီး ဖိအား \(\lambda\,\boldsymbol{I}\) ကို တည်ငြိမ် အကျဉ်းချုံ့မှု ဖြင့် ရရှိသော တန်ဖိုး မှ သတ်မှတ်သည်။
ရှဲလ် အီလီမင့်¶
နံရံပါး ပြား/ခွံ ဖွဲ့စည်းပုံ များအတွက် Reissner-Mindlin ပြား/ခွံ သီအိုရီ အပေါ် အခြေခံသော ရှဲလ် အီလီမင့် ကို အသုံးပြုသည်။ အထူ နည်းလာသည်နှင့် အဆင့်နိမ့် ရွှေ့ပြောင်းမှုအခြေပြု ပြား/ရှဲလ် အီလီမင့် များသည် ဖြတ်တောက် ရှီးယား စထရိန် ကို ထုထည်ဆိုင်ရာ လော့ကင်း နှင့် တူသော ယန္တရား (ရှီးယား လော့ကင်း) ကြောင့် အလွန်မြင့်စွာ ခန့်မှန်းပြီး ကွေးခြင်း မုဒ် အတွက် တောင့်တင်းမှု အလွန်တိုးလာသည်။ MITC (တင်ဆာဆိုင်ရာ အစိတ်အပိုင်းများ၏ ရောနှော အင်တာပိုလေးရှင်း) နည်းလမ်း [Dvorkin1984] [Bathe1986] သည် ရှီးယား-စထရိန် အစိတ်အပိုင်း များကို အီလီမင့် အတွင်း ကြိုတင်သတ်မှတ် ချိတ်ဆက် အမှတ် များတွင်သာ ပြန်လည်နမူနာယူ လုပ်ပြီး နမူနာယူ တန်ဖိုး များကို အီလီမင့် အတွင်း ပြန် အင်တာပိုလိတ် လုပ်ခြင်းဖြင့် ဤပြဿနာကို ရှောင်သည်။
MITC ရှဲလ် အီလီမင့် ၏ ဆုံမှတ် များသည် အလယ်မျက်နှာပြင် ပေါ်တွင် ရှိပြီး ဆုံမှတ် တစ်ခုစီတွင် ရွှေ့ပြောင်းမှု အစိတ်အပိုင်း 3 ခုနှင့် အလယ်မျက်နှာပြင် နော်မယ် အနီး လှည့်ပတ်မှုဆိုင်ရာ အစိတ်အပိုင်း 3 ခု စုစုပေါင်း DOF 6 ခုရှိသည်။ အီလီမင့် တောင့်တင်းမှု ကို အလယ်မျက်နှာပြင် သဘာဝ ကိုဩဒိနိတ် နှင့် အထူဦးတည်ချက် အလိုက် 3D Gauss ပေါင်းစည်းမှု ဖြင့် အကဲဖြတ် လုပ်ပြီး အထူ \(h\) ကို ဖွဲ့စည်းဆိုင်ရာ တွက်ချက်မှု အချိန် အီလီမင့် ဂုဏ်သတ္တိ အဖြစ် ပေးသည်။
FrontISTR သည် အလယ်မျက်နှာပြင် အလွှာ တစ်လွှာဖြင့် ကိုင်တွယ်သော MITC3 (အီလီမင့် ID 731), MITC4 (741), MITC9 (743) နှင့် အထူဦးတည်ချက် တွင် ဆုံမှတ် နှစ်လွှာ စီထားသော အလွှာလိုက် ရှဲလ် အီလီမင့် MITC3-ရှဲလ်361 (761, 3\(\times\)2 ဆုံမှတ်, ဆုံမှတ် တစ်ခုလျှင် 3 DOF), MITC4-ရှဲလ်361 (781, 4\(\times\)2 ဆုံမှတ်, ဆုံမှတ် တစ်ခုလျှင် 3 DOF) တို့ကို ပံ့ပိုးသည်။ အလွှာလိုက် ရှဲလ် အီလီမင့် တွင် နိုဒ်ဆိုင်ရာ DOF သည် ရွှေ့ပြောင်းမှု အစိတ်အပိုင်း 3 ခုသာဖြစ်ပြီး လှည့်ပတ်မှုဆိုင်ရာ DOF နှင့် သက်ဆိုင်သော ကွေးခြင်း မုဒ် ကို နှစ်လွှာ စီစဉ်ပုံ ဖြင့် ဖော်ပြသည်။
ဘီးမ် အီလီမင့်¶
ဂါဒါ နှင့် ဖရိမ် ဖွဲ့စည်းပုံ ကဲ့သို့ မျဉ်း ဖွဲ့စည်းပုံအစိတ်အပိုင်း များကို ဘီးမ် အီလီမင့် ဖြင့် ဒစ်စကရက်ပြု လုပ်သည်။ FrontISTR သည် ရှီးယား ပုံပျက်မှု ကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားသည့် Timoshenko တန်း ဖော်မြူလာပုံစံ ကို အသုံးပြုပြီး ကွေးခြင်း နှင့် ရှီးယား နှစ်ခုလုံးကို ရွှေ့ပြောင်းမှု/လှည့်ပတ်မှု DOF များ၏ ဖန်ရှင် အဖြစ် ဖော်ပြသည်။
ဘီးမ် အီလီမင့် ၏ ဆုံမှတ် တစ်ခုစီတွင် ရွှေ့ပြောင်းမှု အစိတ်အပိုင်း 3 ခုနှင့် တန်း ဝင်ရိုး / ဖြတ်တန်းဆိုင်ရာ ဝင်ရိုး အနီး လှည့်ပတ်မှုဆိုင်ရာ အစိတ်အပိုင်း 3 ခု စုစုပေါင်း DOF 6 ခုရှိသည်။ အီလီမင့် တောင့်တင်းမှု ကို တန်း ဝင်ရိုး တစ်လျှောက် 1D ကိန်းဂဏန်း ပေါင်းစည်းမှု ဖြင့် အကဲဖြတ် လုပ်သည်။ ဖြတ်ပိုင်းဆိုင်ရာ ဧရိယာ \(A\) နှင့် ကွေးခြင်း/လိမ်အားဆိုင်ရာ ဦးတည်ချက် ၏ ဧရိယာ ဒုတိယ မိုမန့် \(I\) ကို တန်း ဖြတ်ပိုင်း ဂုဏ်သတ္တိ အဖြစ် ပေးပြီး ပစ္စည်း Young မော်ဂျူးလပ် \(E\) နှင့် ရှီးယား မော်ဒူလပ် \(G\) တို့နှင့်အတူ ဝင်ရိုးဆိုင်ရာ, ကွေးခြင်း, လိမ်အားဆိုင်ရာ, ရှီးယား တောင့်တင်းမှု ကိန်း များကို ဖွဲ့စည်းသည်။
FrontISTR သည် 2-ဆုံမှတ် ဖြောင့် ဘီးမ် အီလီမင့် (အီလီမင့် ID 611) နှင့် ဆုံမှတ် 3 ခုဖြင့် ကိုယ်စားပြုသော 4-ဆုံမှတ် လေးမျက်နှာ ဆော်လစ်-တန်း ပေါင်းစပ် အီလီမင့် (641, ရောနှော DOF အတွက်) ကို ပံ့ပိုးသည်။
ဆက်စပ်အကြောင်းအရာများ¶
- 3D ဆော်လစ် အီလီမင့် ဖော်မြူလာပုံစံ — စံ ဖော်မြူလာပုံစံ နှင့် နှိုင်းယှဉ်ခြင်း
- အီလီမင့် နံပါတ်ပေးမှု စနစ်ပုံစံ နှင့် ပုံသဏ္ဌာန်ဖန်ရှင် လိုင်ဘရီ — အီလီမင့် အမျိုးအစား ID များ
- အီလီမင့် လိုင်ဘရီ (လုပ်ဆောင်ချက်များ) — အီလီမင့် တစ်မျိုးစီ ရွေးချယ်ရန် လမ်းညွှန်