隐格式近似不可压四面体4节点大变形单元

来源：计算力学学报杂志2017年第6期北京时间：

作者：肖桂仲,陈成军,肖世富,田荣

单位：北京应用物理与计算数学研究所 中物院高性能数值模拟软件中心, 北京 100088,中国工程物理研究院总体工程研究所, 绵阳 621999,中国工程物理研究院总体工程研究所, 绵阳 621999,北京应用物理与计算数学研究所 中物院高性能数值模拟软件中心, 北京 100088

摘要：由于在处理体积自锁方面的优势，近似不可压问题的大变形求解多采用六面体单元/网格，但对于复杂工程问题，由于网格剖分上的限制，往往更需要一种可以很好解决体积自锁的四面体单元。Bonet和Burton的平均节点压力4节点四面体单元是为数不多能够较好处理体积自锁问题的四面体单元之一，但是该单元目前主要用于显式计算。利用单元平均压力对位移增量的精确方向导数，得到了严格的一致切线阵，保证了Newton-Raphson迭代的二阶收敛，从而使得该单元可以用于隐式计算。该单元的压力平均计算会耦合相邻单元的节点自由度，从而增加切线刚度阵的非零带宽，但不增加自由度总数。分别采用线性六面体选择缩减积分单元、标准线性四面体单元和本文的单元计算了3个近似不可压的典型算例。算例表明，本文推导的单元可以有效克服体积自锁，达到与常用六面体单元相近的效果，使得四面体网格可以方便地用于不可压问题的大变形隐式求解。

关键词：隐式有限元,四面体单元,大应变,近似不可压,体积自锁,

基金资助：国家重点研发计划（2016YFB0201004）；国家自然科学基金重大研究计划（91530319）；国家自然科学基金项目（11472256）资助项目.