In this paper, an enhanced Virtual Element Method (VEM) formulation is proposed for plane elasticity. It is based on the improvement of the strain representation within the element, without altering the degree of the displacement interpolating functions on the element boundary. The idea is to fully exploit polygonal elements with a high number of sides, a peculiar VEM feature, characterized by many displacement degrees of freedom on the element boundary, even if a low interpolation order is assumed over each side. The proposed approach is framed within a generalization of the classic VEM formulation, obtained by introducing an energy norm in the projection operator definition. Although such generalization may mainly appear to have a formal value, it allows to effectively point out the mechanical meaning of the quantities involved in the projection operator definition and to drive the selection of the enhanced representations. Various enhancements are proposed and tested through several numerical examples. Numerical results successfully show the capability of the enhanced VEM formulation to (i) considerably increase accuracy (with respect to standard VEM) while keeping the optimal convergence rate, (ii) bypass the need of stabilization terms in many practical cases, (iii) obtain natural serendipity elements in many practical cases, and (vi) effectively treat also nearly incompressible materials.


翻译:在本文中,为平面弹性提出了强化的虚拟元素法(VEM)配方,其基础是改进该元素内的压力代表度,但不改变元素边界上移位的内插功能,其构想是充分利用多边多的多边元素,一个特殊的VEM特征,元素边界上自由程度很多,即使对每一侧都假定了低的内插顺序,其特点为多点的VEM特征,即使对每一侧都假定了一个低的内插顺序;拟议的方法是在典型的VEM配方的笼统化范围内设计的,通过在投影操作者的定义中引入一种能源规范而获得的。虽然这种一般化似乎主要具有正式价值,但能够有效地指出投影操作者定义所涉数量的机械意义,并促使选择经增强的表述。提议了各种改进,并通过几个数字实例进行了测试。数字结果成功地显示了增强的VEM配方的能力:(一) 大幅度提高准确性(在标准VEMM方面),同时保持最佳的汇合率,(二)在许多实际情况下绕过稳定条件的需要,(三)获得几乎实际的天然材料。

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