Nonlinear analysis of structures made of no-tension/compression materials using an efficient projection-contraction algorithm
Nonlinear analysis of structures made of no-tension/compression materials using an efficient projection-contraction algorithm
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使用高效的投影收缩算法对无张力/压缩材料制成的结构进行非线性分析
DOI：
10.1016/j.compstruc.2020.106432
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发表时间：
2021-02
影响因子：
4.7
通讯作者：
Jian Wu
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhou Yan;Liang Zhang;Mengkai Lu;Jian Wu
目前，虽然已经提供了无拉压本构关系的选择，但用商业软件分析无拉压材料仍然是困难的。本文提出了一种可用于模拟无拉压材料和结构的双模弹性变分原理。证明了导出的互补有限元格式与一个变分不等式的等价性，从而可以采用有效的投影收缩(PC)算法来求解该问题。给出了张拉整体结构、褶皱薄膜结构和砌体结构的数值算例，说明了该方法在无拉压结构分析中的应用。用已有的实验数据验证了模拟的部分结果。该方法具有良好的数值稳定性和较高的计算效率。它有望扩展到有限应变情况和其他非光滑力学问题，并在变分不等式计算框架中嵌入另一种本构定律。
Nowadays, it is still difficult to analyze no-tension/compression materials by using commercial software packages, although the option of no-tension/compression constitutive law has been provided. The paper presents a variational principle for bi-modulus elasticity that can be used to model no-tension/compression materials and structures. Equivalence between the derived complementarity finite element formulation and a variational inequality is proved, such that an efficient projection-contraction (PC) algorithm can be employed to solve the problem. Three numerical examples, including a tensegrity structure, wrinkled membranes and masonry-like structures are presented to show its applications in analysis of no-tension/compression structures. Some results of simulations are verified by the existing experimental data. The proposed method is of good numerical stability and an improved computational efficiency. It is expected to be extended to the finite strain case and other non-smooth problems of mechanics, with an alternative constitutive law embedded into the variational inequality computational framework.
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