MITC元的分析

1 引言 有限元求解厚薄板通用的R-M(Reissner-Mindlin)模型板问题,单元只需具有C°连续性,这一点优于需具有C~1连续性的Kirchhoff模型薄板单元.但是当板厚趋于零时,通常的低阶C°元却不收敛,这就是所谓的Locking现象.Bathe和Brezzi等将R-M板模型转化成2阶椭园问题与Stokes问题的耦合形式,据此提出求解R-M板问题的混合扦值单元MITC~(1]、2]、3]):设挠度ω的形函数空间是W,转角β=(βx,βy)的形空间是B,在计算剪切应变时,分别将βx,βy按不同方式投影到空间和.数值结果表明这类单元具有很好的收敛性.本文分析MITC元,导出投影算子的显表达式,根据5]关于Locking现象的一个数学分析,证明当板厚趋于零时,投影算子的选取方式使剪切应变部分对应于特定点上的Kirchhoff条件,引起Locking现象的因素被消除,从而显式证明MITC元避免了Locking 现象. 2 MITC元的整体性质 考虑R-M板弯曲问题,求挠度,转角,使下列板的能量泛函达极小: (1) (2) 其中E是杨氏模量,υ是Possion比,0<υ<1/2,t是板厚,k是剪力校正因子,Ω是板的中面占有的平面区域,f是横向荷载.(1)的第一项是弯曲应变能,第二项是剪切应变能. 设有限元空间是W_h×B_h,W_hH_0~1(Ω),B_hH_0~1(Ω)]~2,J_h是Ω的单元部分,Ω=K,K是单元,对(1)的直接离散是求(

AN ANALYSIS OF MITC ELEMENTS

In this paper we prove that when the thickness of plate tends to zero, the shear strain part of energy functional of MITC elements tends to Kirchhoff condi-tions , and the factor which causes Locking is removed. So it is proved that MITC el-ements are Locking free.