非线性有限元时间积分的边界条件

计算科学 有限元 时间积分
2021-12-10 05:47:06

我正在使用有限元方法来获得结构谐波激发的时间响应。我使用线性位移函数来获得刚度​​矩阵和一致的质量矩阵,即我有这组方程:

[M]{x¨}+[K]{x}={F(t)}

矩阵上应用边界条件的最佳方法是什么?[M][K]

通常,我找到了两种方法:

  1. 删除自由度受限的行/列
  2. 修改矩阵设置以将行和列归零,并将它们放在对角线上以保持非奇异性。

我更喜欢第二种方式,因为我们可以调整它以考虑非零位移约束。

这里的问题是我使用 Newmark 方法来集成系统,最大的困难是我们正在处理几何非线性,这意味着是切线刚度矩阵。由于这是一个非线性问题,我们修改了 Newmark 方法以考虑非线性,并使用 Newton-Raphson 方法在时间前进时通常,Newton-Raphson 方法足够快以找到平衡位置。但是,如果初始估计不够好,它就不会收敛。[K]t(i+1)

这里最大的问题是,当修改矩阵时,Newton-Raphson 发现的任何自由度上的误差残留都会传播,最终答案会发散。关于如何解决这个问题的任何想法?

我试图保持简单,没有太多关于 Newmark 方法或 FEM 方法的细节。但是,如果有必要,我们可以讨论它。

2个回答

您是否尝试过使用 SOR(连续过度松弛方案)。如果您的情况出现以下任一情况,Newton Raphson 将面临严重问题。Newton Raphson 的实用注意事项

如果我必须解决非线性时间步进问题,我会做什么(已经做过)..

  1. 以 PDE 的强形式进行时间离散化(使用 Newmark 或任何你想要的)

  2. 找到 PDE 的时间离散强形式的弱形式以找到un+1. 你懂unun1从初始条件。

  3. 线性化非线性系统un+1.

  4. 为每个时间步找到un+1- 进行牛顿拉夫森猜测(最好是un,因此您的猜测非常接近您的解决方案并且不会发散)并对其施加狄利克雷边界条件。由于您只求解自由度,因此您不会触及狄利克雷节点处的解。如果你有诺依曼条件,它会自然地以弱形式出现。