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工程有限元计算中广泛应用的八节点等参双二次Q8元存在网格畸变敏感和泊松Locking现象的缺陷。本文分别利用经典的杂交应力有限元法和组合杂交有限元法对Q8-元加以改进,构造出两种弥补该缺点的新单元:CH9β(α)和HS13β。并尝试用外推法对应力Locking进行恢复。
CH9β(α)基于组合杂交变分原理,位移采用Q8-元的双二次插值,应力采用9参线性模式;HS13β基于Hellinger-Reissner变分原理,位移采用Q8-元的双二次插值,应力采用13参模式。理论分析保证了两单元的收敛性。数值试验表明,两种新单元具有比Q8-位移元更好的数值精度和抗网格畸变及抗泊松Locking的能力。由于应力参数可在单元水平消去,两类新方法与Q8元计算量相当。
泊松Locking现象中,常会出现位移精度较高、而应力Locking的情况。对此本文利用外推方法对Q8元做了应力恢复。数值试验表明,外推所得应力值具有高精度。