In this work we develop new finite element discretisations of the shear-deformable Reissner--Mindlin plate problem based on the Hellinger-Reissner principle of symmetric stresses. Specifically, we use conforming Hu-Zhang elements to discretise the bending moments in the space of symmetric square integrable fields with a square integrable divergence $\boldsymbol{M} \in \mathcal{HZ} \subset H^{\mathrm{sym}}(\mathrm{Div})$. The latter results in highly accurate approximations of the bending moments $\boldsymbol{M}$ and in the rotation field being in the discontinuous Lebesgue space $\boldsymbol{\phi} \in [L]^2$, such that the Kirchhoff-Love constraint can be satisfied for $t \to 0$. In order to preserve optimal convergence rates across all variables for the case $t \to 0$, we present an extension of the formulation using Raviart-Thomas elements for the shear stress $\mathbf{q} \in \mathcal{RT} \subset H(\mathrm{div})$. We prove existence and uniqueness in the continuous setting and rely on exact complexes for inheritance of well-posedness in the discrete setting. This work introduces an efficient construction of the Hu-Zhang base functions on the reference element via the polytopal template methodology and Legendre polynomials, making it applicable to hp-FEM. The base functions on the reference element are then mapped to the physical element using novel polytopal transformations, which are suitable also for curved geometries. The robustness of the formulations and the construction of the Hu-Zhang element are tested for shear-locking, curved geometries and an L-shaped domain with a singularity in the bending moments $\boldsymbol{M}$. Further, we compare the performance of the novel formulations with the primal-, MITC- and recently introduced TDNNS methods.


翻译:本文基于对称应力的Hellinger-Reissner原理,发展了剪切变形Reissner-Mindlin板问题的新型有限元离散格式。具体而言,我们采用协调的Hu-Zhang单元在具有平方可积散度对称平方可积场空间$\boldsymbol{M} \in \mathcal{HZ} \subset H^{\mathrm{sym}}(\mathrm{Div})$内离散弯矩。这使得弯矩$\boldsymbol{M} $的逼近具有高精度,同时旋转场属于非连续Lebesgue空间$\boldsymbol{\phi} \in [L]^2$,从而可在$t \to 0$时满足Kirchhoff-Love约束。为在$t \to 0$情形下保持所有变量的最优收敛速率,我们提出了基于Raviart-Thomas单元剪切应力$\mathbf{q} \in \mathcal{RT} \subset H(\mathrm{div})$的扩展格式。我们证明了连续问题的存在唯一性,并借助精确复形继承离散问题的适定性。本文通过多面体模板方法及Legendre多项式在参考单元上高效构造了Hu-Zhang基函数,使其适用于hp-FEM。参考单元上的基函数通过新型多面体变换映射到物理单元,该变换同样适用于弯曲几何。通过剪切闭锁、弯曲几何及弯矩$\boldsymbol{M}$具有奇异性的L形域算例,验证了格式的鲁棒性及Hu-Zhang单元的构造有效性。此外,我们将新型格式与原始方法、MITC方法及近期提出的TDNNS方法进行了性能比较。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】用Python/OpenCV实现增强现实
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年11月16日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月18日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月17日
Arxiv
54+阅读 · 2022年1月1日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】用Python/OpenCV实现增强现实
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年11月16日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员