初應變法

初應變法

初應變法是一種進行有限元求解的求解方法。

具體原理如下:假設單元存在著初始應變εo,應力-應變關係可以寫成:σ=[D](ε-εo);

在有限元中,該單元相應的節點力為:F=∫∫[B]'[D][B]dxdyδe+∫∫[B]'Dεodxdy=[k]Ue+Foe;

Foe為初應變對應的節點力。

基本信息

概念

對具有初應變的彈性問題,其應力應變關係是:

初應變法 初應變法

由此根據變分原理可得有限元素法計算格式:

初應變法 初應變法
初應變法 初應變法

其中 為初應變數,它由元素初應變向量

初應變法 初應變法

按有關的貢獻疊加而成。

類似的,我們可把彈塑性應力應變關係寫成:

初應變法 初應變法
初應變法 初應變法
初應變法 初應變法

而這兒的初應變增量 就是塑性應變增量 。

計算原理

對於整個有限元體系,可以從上式集成為:[K]{δ}={R}-{Ro}

上式表明:如果存在初應變,形成的有限元方程中僅僅是在荷載項中增加了一項。

根據這一原理,有限非線性分析中可以將非線性的應力-應變關係變化為:{σ}=[D]({ε}-{εo})。其中:{ε}為總應變,{εo}則為塑性應變。

具體計算過程如下:

1,先令{Ro}=0,通過荷載平衡解出第一次的位移近似解,及應變、應力近似解,通過非線性的本構關係和應力確定的應變解,該應變解與近似解之差,即為{εo}。然後按照上述的原理中的方法,即可得到增加的荷載項{R1},以此類推。

缺陷

初應變法的優點是收斂速度快,尤其是與餘量疊代法聯合使用時。但是,其缺點是當應力水平較高時(尤其是應力-應變曲線接近水平時)。計算穩定性太差。

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