In this paper, we initiate the use of spectral analysis for assessing locking phenomena in finite element formulations. We propose to ``measure'' locking by comparing the difference between eigenvalue and mode error curves computed on coarse meshes with ``asymptotic'' error curves computed on ``overkill'' meshes, both plotted with respect to the normalized mode number. To demonstrate the intimate relation between membrane locking and spectral accuracy, we focus on the example of a circular ring discretized with isogeometric curved Euler-Bernoulli beam elements. We show that the transverse-displacement-dominating modes are locking-prone, while the circumferential-displacement-dominating modes are naturally locking-free. We use eigenvalue and mode errors to assess five isogeometric finite element formulations in terms of their locking-related efficiency: the displacement-based formulation with full and reduced integration and three locking-free formulations based on the B-bar, discrete strain gap and Hellinger-Reissner methods. Our study shows that spectral analysis uncovers locking-related effects across the spectrum of eigenvalues and eigenmodes, rigorously characterizing membrane locking in the displacement-based formulation and unlocking in the locking-free formulations.
翻译:在本文中, 我们开始使用光谱分析来评估定点元素配方中的锁定现象。 我们提议“ 测量 ”, 将粗粗的杂质上计算出的偏差值和模式错误曲线与在“ 超杀” 介质上计算出的“ 超杀” 误差曲线相比较, 两者都是根据正常模式编号绘制的。 为了显示膜锁定和谱谱精确度之间的密切关系, 我们侧重于一个圆环环的示例, 以异构形曲线曲线的 Euler- Bernouloulli 光束元素分解。 我们显示, 逆向偏向偏向偏移偏移偏移的偏移模式容易被锁定, 而偏向偏移的偏移偏移偏移偏移偏差曲线曲线则自然不受锁定。 我们使用静态值和模式错误来评估五种基于锁定效率的偏移定度定值定值定点的定值定值定点: 基于完全和减少整合的离位配方, 以及基于 B- bar 、 离 离 色布拉松动 的压 压力 和 升级 分析 我们的定 的定 的定式 的定式 的定位 的定界 的 分析 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 和 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 和 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的