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《浙江大学》 2011年
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Arlequin构架下结构多尺度数值模拟

乔华  
【摘要】:材料以及结构多尺度数值模拟是二十一世纪迅速发展起来的前沿研究领域之一,特别是在材料科学、航空航天工程、机械制造、土木工程等领域得到了广泛的重视。目前大多数学者的研究主要是针对材料多尺度力学方面,而在结构多尺度力学方面的研究则相对较少。本文将主要研究基于Arlequin方法的结构多尺度分析方法。 本文系统研究了Arlequin结构多尺度分析方法的各种应用,基于用户自定义单元(UEL)功能将Arlequin方法引入大型商业有限元软件ABAQUS,系统开发了一维、二维以及三维的Arlequin用户自定义单元,实现了基于Arlequin方法的结构多尺度线性及非线性静动力数值模拟。 本文将Arlequin方法应用于无网格伽辽金法,使得Arlequin方法成为一种新的有限单元法与无网格法的耦合方法。同时将Arlequin方法应用于扩展有限单元法(XFEM)以及强化有限单元法(A-FEM),实现了结构不连续问题的多尺度数值模拟。所开发的强化平板壳单元以及强化三维内聚力单元当用于层合板的层间剥离现象的数值模拟时,可将裂纹尖端附近板单元的网格尺寸提高到内聚区长度的2-3倍,从而突破了裂纹尖端附近板单元尺寸必须为内聚区长度的1/3-1/5的限制。 本文实现基于ABAQUS平台将Arlequin方法应用于土木工程结构的多尺度分析,从而为更复杂问题的多尺度数值模拟奠定了基础。 本文的工作表明,基于能量分配和算子耦合的Arlequin方法能应用于各种不同力学状态的耦合分析,为结构多尺度分析提供了一种高效且可靠的数值方法。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB121

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