Skip to main content
SUPERVISOR
Jamshid Parvizian,Mohammad Silani
جمشید پرویزیان (استاد راهنما) محمد سیلانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Aliakbar Taghipour Lahijani
علی اکبر تقی پور لاهیجانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Numerical analysis of finite strain elastoplastic problems using high-order finite elements and finite cells
Abstrct In this research, the performance of a high-order Finite Element Method and the Finite Cell Method are studied for the computation of nearly incompressible finite strain plasticity problems. These methods with high-order shape functions offer high convergence rates, the possibility to overcome locking and robustness against high mesh distortions. Moreover, the Finite Cell Method is a combination of the fictitious domain approach with the high-order Finite Element Method thus it provides easy mesh generation capabilities for highly complex geometries. The performance of these methods is numerically investigated based on computations of benchmark and applied problems. The results are also verified with a loworder Finite Element Method known as F-bar. It is recommended to use fixed meshes with moderate element size and study the convergence with varying the polynomial order of the shape functions. It is also demonstrated that the Finite Cell Method is an appropriate simulation tool for large plastic deformations of structures with complex geometries such as porous and cellular metals. Keywords: High-order finite element method, finite cell method, finite strain plasticity, incompressibility and volumetric locking, porous materials.
تحقیق حاضر به منظور توسعه کاربرد دو روش عددی مبتنی بر روش اجزای محدود (رام) در تحلیل مسایل الاستوپلاستیک کرنش محدود تعریف شده است. یکی از این روش ها، رام مرتبه بالا است که از توابع شکل سلسله مراتبی مرتبه بالای لژاندر انتگرا ل گیری شده برای گسسته سازی میدان حل استفاده می کند. دیگری روش سلول محدود (رسم) است که از ترکیب رام مرتبه بالا و روش دامنه مجازی به وجود آمده است. مزایای رام مرتبه بالا در مقایسه با رام مرتبه پایین عبارتند از: نرخ همگرایی بالا، حساسیت کم به اعوجاج المان ها و قابلیت فایق آمدن بر انواع قفل شدگی از جمله قفل شدگی حجمی با فرمول بندی استاندارد مبتنی بر جابجایی. نرخ همگرایی در مسایل غیرخطی پلاستیسیته کرنش محدود با حجم محاسباتی بالا اهمیت زیادی پیدا می کند. حساسیت کمتر به اعوجاج هم می تواند نیاز به مش بندی مجدد را مرتفع سازد. به علاوه، در مسایل پلاستیسیته کرنش محدود فون-میزز تراکم ناپذیری تقریبی وجود دارد. با استفاده از رویکرد مرتبه بالا می توان مراحل مدل سازی هندسی و تحلیل را نیز ترکیب کرد. به ویژه رسم که دارای رویکرد دامنه مجازی است همین ایده محوری را دنبال می کند. رسم دامنه حل را بسیار ساده و با سلول هایی گسسته می کند که لزوماً بر مرز منطبق نیستند. عملکرد روش های عددی مورد بررسی به طور جامعی با تحلیل تعدادی مسأله معیار و همچنین تعدادی مسأله کاربردی ارزیابی شده است. نتایج تحلیل مسایل معیار، که عبارتند از کشش ساده یک محوره نمونه های بدون شیار و شیاردار و فشارگذاری صفحه سوراخدار، با استفاده از حل های مرجع با یک رام مرتبه پایین به نام F-barبه تایید رسیده است. این مطالعات نشان می دهد که هر دو روش را می توان برای تحلیلپلاستیک مواد و سازه های مهندسی ساخته شده از فلزات نرم، به ویژه مواردی که دارای هندسه پیچیده هستند، با اطمینان به کار گرفت. نشان داده شده که المان ها و سلول های مرتبه بالا نرخ همگرایی بالاتری نسبت به رام مرتبه پایین ارایه می دهند. پیشنهاد می شود برای تحلیل مسایل از مش هایی با المان ها و یا سلول های با اندازه و مرتبه متوسط استفاده شود. دقت جابجایی و تنش فون-میزز به دست آمده از تحلیل بالاتر از دقت تنش متوسط است. با توجه به نوع مسأله و مش مورد استفاده به طور کلی می توان گفت که برای فایق آمدن بر قفل شدگی حجمی، حداقل مرتبه المان باید دو بوده و برای برطرف شدن نوسانات تنش متوسط حداقل مرتبه المان باید چهار باشد. در این تحقیق مسایل کاربردی ویژه ای نیز با رسم و رام مرتبه بالا تحلیل شده اند. با تحلیل یک نمونه فلز متخلخل نشان داده شده که چگونه می توان خواص الاستوپلاستیک موثر مواد سلولی یا فوم های فلزی با ساختار بسیار پیچیده را با رسم به سادگی تعیین نمود. این مواد سبک دارای خواص مکانیکی و غیرمکانیکی بسیار ویژه بوده و کاربردهای آن ها در حال گسترش است. مسأله کاربردی دیگر، تحلیل رفتار مواد معیوب است. عیوب هندسی (حفره های ریز)، در بسیاری از روش های تولید، از روش های مرسومی مانند ریخته گری گرفته تا روش های جدیدی چون روش تولید افزودنی، اجتناب ناپذیر بوده و تأثیر زیادی روی خواص مکانیکی از جمله خواص شکست و خستگی دارند. کلمات کلیدی روش اجزای محدود مرتبه بالا (رام)، روش سلول محدود (رسم)، پلاستیسیته کرنش محدود، تراکم ناپذیری و قفل شدگی حجمی، پلاستیسیته مواد متخلخل و سلولی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی