【摘 要】
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物质点法结合了拉格朗日法和欧拉法的优点,其在大变形问题中拥有非常高的潜力,已成功应用于许多涉及大位移和大变形的工程问题。然而物质点的生成一直没有很好的方式。对于复杂几何形状的实体,可以使用有限元网格生成器来构建网格并将单元的中心作为物质点,实际上这也是很多物质点法将连续体离散的方法。这种前处理方式无疑是耗时耗力的,严重限制了物质点法的发展。为了解决以上问题,本文开发出一种直接使用CAD数据生成物质
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物质点法结合了拉格朗日法和欧拉法的优点,其在大变形问题中拥有非常高的潜力,已成功应用于许多涉及大位移和大变形的工程问题。然而物质点的生成一直没有很好的方式。对于复杂几何形状的实体,可以使用有限元网格生成器来构建网格并将单元的中心作为物质点,实际上这也是很多物质点法将连续体离散的方法。这种前处理方式无疑是耗时耗力的,严重限制了物质点法的发展。为了解决以上问题,本文开发出一种直接使用CAD数据生成物质点的方法,本文的主要内容为:在对流粒子域物质点法(CPDI)框架内提出了广义区域物质点法(Generalized Particle Domain Method)。该方法直接使用CAD数据作为物质点,并且直接使用NURBS基函数作为物质点区域的插值函数,如此便无需其他技巧离散连续体,其中,NURBS基函数包含了Bernstein基函数与B样条基函数。目前,需要将张量积型NURBS曲面裁剪并且拼接之后才能表示复杂模型,对于带有剪裁的复杂模型,采用的是Kim提出的TSA方法,通过将不规则的积分区域分割为不同规则的三角形域,给出了由剪裁NURBS曲面生成的物质点的计算方法。对于三维问题,本文在格雷维尔横坐标(Greville abscissae)处建立线性方程组,给出了在三维空间中生成NURBS实体的方法,进而由NURBS实体作为物质点,扩展了GPDM法的应用场景。本文计算了柔性悬臂梁、小球相撞和大变形自重竖杆三个算例验证了GPDM法的正确性。其中,柔性悬臂梁和小球相撞为二维问题,大变形自重竖杆为三维问题。三个算例的GPDM法的计算结果与CPDI2方法几乎相同,但相对于CPDI2,GPDM无需前处理过程,节省了大量人力。与物质点法相同,GPDM法在模拟大变形方面有非常大的优势,但是并没有等几何方法中的多片问题。未来,GPDM可以与等几何分析进行无缝融合,展现出极大的潜力。
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