基于SiPESC的隱式非線性有限元程序框架研發(fā).pdf

1、隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，新材料和新結(jié)構(gòu)形式的大量應(yīng)用，傳統(tǒng)的線性有限元分析已經(jīng)不能適應(yīng)工程數(shù)值分析的需要，而計(jì)算機(jī)硬件性能的快速提升，為非線性有限元方法在實(shí)際工程問題中的大規(guī)模應(yīng)用提供了必要條件。非線性有限元分析目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、土木、航空航天、巖土等眾多工程領(lǐng)域，成為其中不可或缺的分析手段之一。
　　非線性有限元分析軟件分為專用和通用兩大類。專用軟件適用于某些具體行業(yè)和問題，通用軟件則具有豐富的單元和本構(gòu)類型，適用于多個(gè)工

2、程領(lǐng)域。目前國外的通用軟件已經(jīng)非常成熟，比如ABAQUS，ANSYS等，但我國在通用軟件方面與國外差距較大，目前只能使用國外軟件或者進(jìn)行相當(dāng)有限的二次開發(fā)，這對于提升我國制造業(yè)的核心競爭力是十分不利的。
　　本文基于開放式有限元系統(tǒng)SiPESC.FEMS實(shí)現(xiàn)了隱式非線性有限元的通用程序框架，程序框架設(shè)計(jì)基于SiPESC平臺的插件+微核心設(shè)計(jì)模式和大規(guī)模工程數(shù)據(jù)庫SiPESC.ENGDBS。本文給出了一系列單元列式、材料本構(gòu)以及增量

3、-迭代的算法理論與程序?qū)崿F(xiàn)過程，并通過工廠模式以及多態(tài)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了其動態(tài)添加和組合。本文所實(shí)現(xiàn)的算法目前廣泛應(yīng)用于大型商用有限元軟件中，經(jīng)過了大量工程算例的檢驗(yàn)，具有很高的應(yīng)用價(jià)值，也是非線性有限元分析軟件的核心技術(shù)所在?；诒疚膶?shí)現(xiàn)的程序框架，開發(fā)完成了如下分析功能:
　　(1)單元列式:幾種三維連續(xù)體單元，具有幾何大位移/大應(yīng)變分析能力，其單元技術(shù)（如平均體應(yīng)變技術(shù)、F-Bar技術(shù)）可以處理大應(yīng)變下近似不可壓縮的變形問題。

4、>　　(2)材料本構(gòu):幾種工程上廣泛采用的大應(yīng)變超彈性（近似不可壓縮Neo-Hookean模型）、彈塑性（Mises等向強(qiáng)化模型）和彈黏塑性(Pierce/Perzyna模型)材料。
　　(3)增量-迭代算法:用于跟蹤平衡路徑的弧長控制算法，以及一系列提高收斂性的技術(shù)（自動增量步控制，自由度預(yù)測，線搜索）。
　　本文通過一系列具有一定工程意義的數(shù)值算例（非線性后屈曲問題，大應(yīng)變材料單軸試驗(yàn)?zāi)M等）與目前廣泛應(yīng)用的國外大型商用