Development of high-performance general-purpose 10-node tetrahedral element using smoothed finite element method

利用平滑有限元法开发高性能通用10节点四面体单元

• 批准号: 19K12000
• 负责人: 大西 有希
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K12000/
• 关键词: 平滑化有限要素法; 微圧縮性材料; 大変形解析; 四面体要素; ロッキング; 圧力チェッカーボーディング; Mises応力振動; 圧力振動; ロッキングフリー; 微圧縮大変形

現実的な固体材料の超大変形問題を高精度かつロバストに解くための有限要素定式化の研究を引き続き行った．実際的な工学において対象物は一般に複雑形状をしており，従って物体を有限要素メッシュ分割する際には四面体が用いられる．既存の高性能な10節点四面体(T10)要素(汎用有限要素解析ソフトABAQUSのC3D10MH等)は多くの問題で実用上充分な精度を有する．しかし，ゴムなどの微圧縮性材料の問題や塑性・熱粘弾性等を伴う金属や樹脂の大変形問題では前述の高性能要素を用いても大変形ロバスト性が確保できず，変形早期に収束困難に陥ってしまうことが知られている．特にゴム材料は原型を留めない程の超大変形状態で使用される機会が多く，その数値解析手法の確立は今なお重要な課題である．研究代表者らは最新の有限要素定式化の1つである平滑化有限要素法(S-FEM)に着目し，ゴム超大変形解析において精度と大変形ロバスト性に優れた有限要素定式化であるSelectiveCS-FEM-T10(T10要素に選択的低減積分を適用したセルベース平滑化有限要素法)を提案してきた．この定式化は多くの解析例で従来法より遥かに大変形ロバスト性に優れ，また同等の精度を有することが確認されている．ただし，この定式化にはMises応力振動と名付けた精度低下が特定の超大変形問題で発生する欠点を有しており，その解決が課題となっている．これまでに，Mises応力振動は静解析だけでなく動解析でも現れること，および要素内での偏差ひずみ平滑化の回数を増やすとMises応力振動が小幅に改善する代わりに大変形ロバスト性が大幅に悪化すること，などが本研究を通じて確認されている．

Now be な solid material の big - form problem を high-precision か つ ロ バ ス ト に solution く た め の finite element demean の research を lead き 続 き line っ た. Be interstate な engineering に お い て に after 雑 shape like a thing は seaborne を し て お り, 従 っ て object を finite element メ ッ シ ュ segmentation す る interstate に は tetrahedron が with い ら れ る. The existing <s:1> high-performance な 10-node tetrahedral (T10) element (generalized finite element analysis ソフトABAQUS <s:1> C3D10MH, etc.) <s:1> multiple く block problem で actually uses sufficient な accuracy を to する. し か し, ゴ ム な ど の micro 圧 shrinkage material の problem や, plastic hot sticky 弾, sex and other を う の bigger problem - shaped metal や resin で は aforesaid の を high-performance elements with い て も big - shaped ロ バ ス ト sex が ensure で き ず, early - shaped に 収 beam difficult に 陥 っ て し ま う こ と が know ら れ て い る. Special に ゴ ム material は prototype を leave め な い の cheng big - form state で use さ れ る opportunity が く, そ の the numerical analytical technique の establish は today な お important topic な で あ る. Research representative ら ら latest <s:1> finite element standardization <e:1> 1 である である smoothing finite element method (S-FEM)に author ら ゴ ム big - form analytical に お い て と big - shape precision ロ バ ス ト sex に optimal れ た finite element demean で あ る SelectiveCS FEM - T10 elements (T10 に sentaku low integral を reduction applicable し た セ ル ベ ー ス smoothing finite element method) を proposal し て き た. こ の demean は more く の parsing example で 従 to method よ り remote か に big - shaped ロ バ ス ト に optimal れ, ま た same の precision を have す る こ と が confirm さ れ て い る. た だ し, こ の demean に は Mises 応 force vibration と name pay け た precision low が specific の big - form problem で 発 raw す る points less を have し て お り, そ の solve が subject と な っ て い る. こ れ ま で に, Mises 応 force vibration は static analytical だ け で な く dynamic analytic で も now れ る こ と, お よ び elements within で の deviation ひ ず み smoothing の back several を raised や す と Mises 応 force vibration が に slightly improve す る generation わ り に big - shaped ロ バ ス ト sex が sharply に 悪 change す る こ と, な ど が を through this study じ て confirm さ れ て い る.

项目成果

放射状メッシュ再分割を用いた10節点四面体平滑化有限要素法の動的大変形性能評価

利用径向网格重划分的10节点四面体平滑有限元法动态大变形性能评估

• 发表时间: 2021
• 作者: K.Sakata;K.Kakusho;M.Iiyama and S.Nishiguchi;小竹原祐希，角所 考，西口敏司，飯山将晃，村上正行;中浦昂樹，角所 考，飯山将晃，西口敏司;田中未来哉，角所 考，西口敏司，飯山将晃，小島隆次;Yuki ONISHI;Onishi Yuki;大西有希;Yuki ONISHI;大西有希;大西有希
• 通讯作者: 大西有希

SelectiveCS-FEM-T10 with Radial-type Mesh Subdivision

具有径向型网格细分的 SelectiveCS-FEM-T10

• 发表时间: 2020
• 作者: K.Sakata;K.Kakusho;M.Iiyama and S.Nishiguchi;小竹原祐希，角所 考，西口敏司，飯山将晃，村上正行;中浦昂樹，角所 考，飯山将晃，西口敏司;田中未来哉，角所 考，西口敏司，飯山将晃，小島隆次;Yuki ONISHI;Onishi Yuki;大西有希;Yuki ONISHI;大西有希;大西有希;Yuki ONISHI;Yuki ONISHI;大西有希;Yuki ONISHI
• 通讯作者: Yuki ONISHI

An optimal multiple smoothing scheme of selective cell-based smoothed finite element methods with 10-node tetrahedral elements for large deformation of nearly incompressible solids

用于几乎不可压缩固体大变形的具有 10 节点四面体单元的选择性基于单元的平滑有限元方法的最佳多重平滑方案

• 发表时间: 2019
• 作者: K.Sakata;K.Kakusho;M.Iiyama and S.Nishiguchi;小竹原祐希，角所 考，西口敏司，飯山将晃，村上正行;中浦昂樹，角所 考，飯山将晃，西口敏司;田中未来哉，角所 考，西口敏司，飯山将晃，小島隆次;Yuki ONISHI;Onishi Yuki;大西有希;Yuki ONISHI;大西有希;大西有希;Yuki ONISHI;Yuki ONISHI;大西有希;Yuki ONISHI;大西有希;Yuki Onishi;Yuki Onishi;Yuki Onishi
• 通讯作者: Yuki Onishi

４節点四面体ひずみ平滑要素(SSE-T4)に基づく微圧縮大変形解析

基于4节点四面体应变平滑单元的微压缩大变形分析（SSE-T4）

• 发表时间: 2022
• 作者: K.Sakata;K.Kakusho;M.Iiyama and S.Nishiguchi;小竹原祐希，角所 考，西口敏司，飯山将晃，村上正行;中浦昂樹，角所 考，飯山将晃，西口敏司;田中未来哉，角所 考，西口敏司，飯山将晃，小島隆次;Yuki ONISHI;Onishi Yuki;大西有希;Yuki ONISHI;大西有希
• 通讯作者: 大西有希

10節点四面体セルベース平滑化有限要素(CS-FEM-T10)の性能評価

基于 10 节点四面体单元的平滑有限元 (CS-FEM-T10) 的性能评估

• 发表时间: 2019
• 作者: K.Sakata;K.Kakusho;M.Iiyama and S.Nishiguchi;小竹原祐希，角所 考，西口敏司，飯山将晃，村上正行;中浦昂樹，角所 考，飯山将晃，西口敏司;田中未来哉，角所 考，西口敏司，飯山将晃，小島隆次;Yuki ONISHI;Onishi Yuki;大西有希;Yuki ONISHI;大西有希;大西有希;Yuki ONISHI;Yuki ONISHI;大西有希;Yuki ONISHI;大西有希;Yuki Onishi;Yuki Onishi;Yuki Onishi;大西有希;大西有希
• 通讯作者: 大西有希