Главная » Просмотр файлов » Belytschko T. - Introduction

Belytschko T. - Introduction (779635), страница 82

Файл №779635 Belytschko T. - Introduction (Belytschko T. - Introduction) 82 страницаBelytschko T. - Introduction (779635) страница 822017-12-27СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 82)

Therefore,together with the constitutive equation, Eq. (7.12.5b), and Eq. (7.13.7a) , we can expressEq. (7.13.6) as:−∫Ω∂(δvi )µ  ∂ (δvi ) ∂(δv j )   ∂vi ∂v j PdΩ + ∫+  ∂x + ∂x  dΩΩ 2  ∂x∂x i∂xjii j(7.13.8)Now, substitute Eqs. (7.13.5) and (7.13.8) into (7.13.2), the weak form for themomentum equation and associated boundary condition is obtained:∫Ω δvi ρ∂vi∂vdΩ + ∫ δvi ρc j i dΩΩ∂t χ∂x jW.K.Liu, Chapter 7−∫Ω58∂(δvi )µ  ∂ (δvi ) ∂(δv j )   ∂vi ∂v j PdΩ + ∫++dΩΩ 2  ∂x∂x i∂x i   ∂x j ∂xi j− ∫ δviρgi dΩ − ∫ΩΓtδvi t j dΓ = 0(7.13.9)The weak forms for the continuity equation and the free surface update equation aresimply obtained by taking the inner product with δp and δxi , respectively.We may now state a suitable weak form for the momentum equation.W.K.Liu, Chapter 759Weak Form for Newtonian FluidGiven density, ρ , bulk modules, B, and Cauchy stress function, σ , defined in Table 7.2,respectively, find v ∈U v , p ∈U p and x ∈U x such that for every δv ∈U0v , δp ∈U 0p andδx ∈U0x :Continuity Equation [Eq.

(7.12.2a)]1 ∂p1∂p∂v∫Ω δp B ∂t χ dΩ+ ∫Ω δp B ci ∂x i dΩ + ∫Ω δp ∂xii dΩ = 0(7.13.10a)Momentum Equation [Eq. (7.12.2b)]∫Ω δvi ρ+∫Ω∂vi∂v∂(δvi )dΩ + ∫ δvi ρc j i dΩ − ∫pdΩΩΩ∂t χ∂x j∂xiµ  ∂(δvi ) ∂(δv j )   ∂vi ∂v j ++dΩ−2  ∂x j∂xi   ∂x j ∂x i ∫Ω δviρgidΩ − ∫Γtδvi t j dΓ = 0(7.13.10b)Free Surface Update EquationThe mesh rezoning equation [Eq. (7.12.2c)]:∂x∂x∫Ωˆ δx i ∂ti χ dΩˆ + ∫Ωˆ (δ jk − α jk ) v kδxi ∂χij dΩˆ − ∫Ωˆ δx ividΩˆ = 0(7.13.10c)or the mesh updating equation [Eq. (7.12.2d)]:∫ΩˆNSD v − vˆ∂x ijj ˆ ji ˆˆδx idΩ − ∫ ˆ δxi ∑JdΩ−δxi vi −∫ˆˆiiΩΩ∂t χJj =1Jˆ  ˆw dΩ = 0 (7.13.10d)Jˆii i j ≠1Constitutive Equationσ ij = − pδij + 2µDij(7.13.11e)Table 7.3 Weak Form of Slightly Compressible Viscous Flow with Moving BoundaryProblemW.K.Liu, Chapter 7607.13.1 Galerkin Approximation of Slightly Compressible Viscous Flow with MovingBoundariesTo obtain the semidiscrete equations by the Galerkin approximation, Eq.

(7.13.10a)through (7.13.10d) is replaced by the finite functions p h , v h and x h . That is:p → ph , x → x h and v → vh(7.13.11)In particular, we wish to separate these functions into two parts, the unknown parts wxh ,w hp and wvh and the prescribed boundary parts (essential boundary conditions) xh , p h andvh , so that:p h = w hp + p h(7.13.12a)v h = wvh + v h(7.13.12b)x h = wxh + xh(7.13.12c)Given ρ , B, σ as before, find vih = wvhi + vih , p h = w hp + p h and xih = w hxi + x ih ,hhhhhwhere wvh ∈U v0 , w hp ∈U 0p and w hx ∈U 0x , such that for every δvh ∈U0v , δph ∈U 0p andhδx h ∈U0x :Galerkin Form of Continuity Equation∫Ωδp hhh1 ∂w p1 ∂w pdΩ + ∫ δph cidΩ+ΩB ∂tB ∂x i∫Ω δphχ= − ∫ δp hΩ∂vidΩ∂x ihh1 ∂p1 ∂pdΩ − ∫ δp h cidΩΩB ∂tB ∂xi(7.13.13a)χGalerkin Form of Momentum Equation∫Ωδvih ρ∂whvi∂tχdΩ + ∫Ωδvih ρc j∂whvi∂x jdΩ − ∫Ω∂(δvih )PdΩ∂xiW.K.Liu, Chapter 7+∫Ωµ261 ∂(δvih ) ∂(δv hj )   ∂wvhi ∂wvhj  ∂x + ∂x   ∂x + ∂x  dΩ−ji ji = ∫ δvih h j dΓ − ∫Γ−∫Ωµ2Ωδvih ρ∂vihdΩ−∂t χ∫Ωδvhi ρc j∫Ω δvi ρgi dΩh∂vihdΩ∂x j ∂(δvih ) ∂(δv hj )   ∂vih ∂v hj  ∂x + ∂x   ∂x + ∂x  dΩji ji(7.13.13b)Galerkin Form of Free Surface Update EquationThe mesh rezoning equation:∫hh ∂wx iˆ δx iΩ∂t= ∫ ˆ δxihΩχˆ +dΩ∫ˆΩ()δ jk − α jk vk δx hi∂whxi∂χ jˆ − δx h v dΩdΩ∫ˆ i i ˆΩh∂xihh ∂x iˆ +ˆdΩδ−αvδxdΩjkjk k i∫ˆΩ∂t χ∂χ j()(7.13.13c)or the mesh updating equation:∫hh ∂wx iˆ δx iΩ∂t= − ∫ ˆ δx ihΩχNSD v − vˆjj ˆ ji ˆhhˆdΩ − ∫ ˆ δxi ∑JdΩ−δxi vi −∫ˆˆiiΩΩJj =1Jˆ  ˆw dΩJˆii i j ≠1∂xihˆdΩ∂t χ(7.13.13d)7.13.2 Element Matrices for Slightly Compressible Viscous Flow with Moving BoundariesThe discrete forms of the continuity, momentum and mesh updating equations arepresented next.

First, we define:NEQvhv =wvhh+v =∑A=1NUMNPvN Av (x)v A (t)+∑N vA (x)v Ah (t)A= NEQv+1(7.13.14a)W.K.Liu, Chapter 762NEQphp =w hph+p =∑NUMNPpNAp (x) p A (t)+A=1vˆ =whvˆh+ vˆ =∑NEQvˆ∑(7.13.14b)NUMNP vˆNAvˆ (x) vˆ A (t) +A=1δ vˆ h =NAp (x) p hA (t)A= NEQp+1NEQvˆh∑∑N Avˆ (x) vˆ Ah (t)(7.13.14c)A= NEQvˆ +1N vAˆ (X)c vAˆ (t)(7.13.14d)A=1hδp =NEQp∑N Ap (X)c Ap (t)(7.13.14e)NAv (X)c vA (t)(7.13.14f)A=1δvh =NEQv∑A=1where N Ap , N vA and N vAˆ are the continuous element shape function for pressure, velocityand mesh velocity, respectively.(ii) Mixed Formulation:Without any loss of generality, the free surface is assumed perpendicular to the χ 3direction.

The cofactors are∂x ∂x∂x ∂xJˆ13 = 2 3 − 2 3∂χ1 ∂χ 2 ∂χ 2 ∂χ1(7.13.20a)∂x ∂x∂x ∂xJˆ23 = 1 3 − 1 3∂χ 2 ∂χ1 ∂χ1 ∂χ 2(7.13.20b)∂x ∂x1 ∂x1 ∂x2Jˆ33 = 1−∂χ 2 ∂χ 2 ∂χ 2 ∂χ1(7.13.20c)It should be noted that x3 is the only unknown that defines the free surface which isassumed material (i.e. w3 = 0).(8d) Show that by substituting Eqs. (7.13.20) into Eq. (7.11.22b) yields:∂x31 ∂x∂x  ∂x+ ˆ 33  (v1 − vˆ1 ) 2 − (v2 − vˆ2 ) 1  3∂t χ J ∂χ 2∂χ 2  ∂χ 1W.K.Liu, Chapter 71 ∂x∂x  ∂x+ ˆ 33  −(v1 − vˆ1 ) 2 + (v2 − vˆ2 ) 1  3 = 0J ∂χ 1∂χ 1  ∂χ 263(7.13.21)(8e) Show that the convective term is:Lˆ A =∫Ω χe∂xiNˆ A cˆmdΩχ∂χ m(7.13.22a)by defining:1 ∂x∂x cˆ1 = ˆ 33  (v1 − vˆ1 ) 2 − (v2 − vˆ2 ) 1 J ∂χ 2∂χ 2 (7.13.22b)1 ∂x∂x cˆ2 = ˆ 33  −(v1 − vˆ1 ) 2 + (v2 − vˆ2 ) 1 J ∂χ1∂χ1 (7.13.22c)cˆ3 = 0(7.13.22d)7.15.

Numerical Example7.15.1 Elastic-plastic wave propagation problemAn elastic-plastic wave propagation problem is used to assess the ALE approach inconjunction with the regular fixed mesh method. The problem statement, given in Fig.1,represents a 1-D infinitely long, elastic-plastic hardening rod. Constant density andisothermal conditions are assumed to simplify the problem. Thus only the momentumequation and constitutive equation are considered for this problem. It should be noted thatthis elastic-plastic wave propagation problem does not require an ALE mesh and theproblem was selected because it provides a severe test of the stress update procedure andbecause of the availability of an analytic solution.

The problem is solved using 400elements which are uniformly spaced with a mesh size of 0.1. The mesh is arranged so thatno reflected wave will occur during the time interval under consideration. Materialproperties and computational parameters are also depicted in Fig.7.16.1. Four stages areinvolved in this problem:(1) t ∈[0, t1 ], the mesh is fixed, and a square wave is generated at the origin;(2) t ∈[t1 , t 2 ], the mesh is fixed and the wave travels along the bar;(3) t ∈[t2 , t3 ], two cases are studied:case A: the mesh is moved uniformly to the left-hand side with a constant speed − vˆ∗ ;case B: same as Case A except the mesh is moved to the right;W.K.Liu, Chapter 764(4) t = t 3 , the stress is reported as a function of spatial coordinates in Figs. 7.16.2 and7.16.3 for Case A and Case B, respectively.For both cases, the momentum and stress transport are taken into account by employing thefull upwind method for elastic and elastic-plastic materials.

The results are compared to :(1) Regular Galerkin method runs, in which all of the transport items are handled by theexact integration;(2) Fixed mesh runs, in which the finite element mesh is fixed in space and the results arepretty close to the analytic solutions.The results according to several time step size are reported in Table 7.16.1. The wavearrival time for both methods, with or without upwinding technique, agree well with thefixed mesh runs. However, the scheme without upwinding technique causes severeunrealistic spatial oscillations in Case A because of the significant transport effects.

Thenew method proposed here eliminates these oscillations completely. Base on these studies,it is found that the transport of stresses as well as yield stress ( and back stresses ifkinematic hardening) plays an important role in ALE computations for path-dependentmaterials, and the proposed update procedure is quite accurate and effective.W.K.Liu, Chapter 765ρ = 1 E = 104 E / ET = 3 σ y0 = 75 σ 0 = −100∆ x = ∆ χ = 0.1 vˆ ∗ = 0.25 E / ρ t1 = 45 t2 = 240 t 3 = 320(×10 −3 )1.t ∈[0,t1 ] mesh fixed, wave generated2.t ∈[t1 ,t 2 ] mesh fixed, wavetravellingχ =0x=0χ =0x=03 A. t ∈[t 2 ,t3 ] Case A: mesh moving with vˆ = − vˆ ∗χ =0x=03B. t ∈[t 2 ,t3 ] Case B: mesh moving with vˆ = + vˆ∗χ =0x=04. t = t 3report stress vs.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
2,14 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6305
Авторов
на СтудИзбе
313
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее