不合格双线性有限元

计算科学 有限元 收敛
2021-12-14 06:19:56

有时称为 Melosh 元素的四节点双线性矩形元素是不合格的,除非元素边对齐。出于好奇,我已经为二维弹性问题实现了这个元素。该图显示了具有三个此类元素的网格。元素边并非全部对齐,因此预计位移是不连续的。

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下图说明了悬臂式边界条件的位移场(左侧是固定的,右侧是垂直力)。

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尽管元素 1 和 2 之间存在间隙,元素 2 和 3 之间存在重叠,但整体场看起来很好,例如,与等参四边形的结果进行比较显示出非常相似的最大位移。

假设实现中没有错误,这个结果表明,在未对齐网格的情况下,也有可能为 Melosh 元素提供某种形式的收敛证明(当我改进时,非物理间隙和重叠似乎为零)网)。因此,问题是是否可以在某个地方找到这样的证明?

我应该补充一点,我的问题是出于纯粹的好奇心;我不知道这个元素的实际应用。

1个回答

四边形元素的基函数必须通过使用双线性映射映射到参考元素来构建。然后,逐元素近似将在公共面上连续。这是因为任何面的解的限制将是一个变量的 1 次多项式,因此它完全由该面上的两个节点值决定。

对于您采用的形式,检查对任何面的解的限制是否是一个变量中的 1 次多项式。例如,在边 34 上,方程为 ,,解为 )除非总是。一个变量中的二次多项式不能完全由该面上的两个节点值确定,并且还将取决于其他两个节点值。因此,您的局部多项式近似不会在整个域上以连续的方式修补。y=a+bxb0

u=c0+c1x+c2(a+bx)+c3x(a+bx)
xc3=0

当然,正如您所评论的,如果元素是与坐标轴对齐的矩形,这个问题就会消失。