In this paper, we study applications of the virtual element method (VEM) for simulating the deformation of multiphase composites. The VEM is a Galerkin approach that is applicable to meshes that consist of arbitrarily-shaped polygonal and polyhedral (simple and nonsimple) elements. In the VEM, the basis functions are defined as the solution of a local elliptic partial differential equation, and are never explicitly computed in the implementation of the method. The stifness matrix of each element is built by using the elliptic projection operator of the internal virtual work (bilinear form) and it consists of two terms: a consistency term that is exactly computed (linear patch test is satisfied) and a correction term (ensures stability) that is orthogonal to affine displacement fields and has the right scaling. The VEM simplifies mesh generation for a multiphase composite: a stiff inclusion can be modeled using a single polygonal or polyhedral element. Attributes of the virtual element approach are highlighted through comparisons with Voronoi-cell lattice models, which provide discrete representations of material structure. The comparisons involve a suite of two-dimensional linear elastic problems: patch test, axisymmetric circular inclusion problem, and the deformation of a three-phase composite. The simulations demonstrate the accuracy and flexibility of the virtual element method.


翻译:在本文中,我们研究模拟多相复合体变形的虚拟元素方法(VEM)的应用。VEM是一种Galerkin方法,适用于由任意形状的多边形和多面形(简单和非简单)元素组成的间贝元素。在VEM中,基础功能被定义为局部椭圆部分差异方程的解决方案,并且从未在实施该方法中明确计算。每个元素的静态矩阵是通过使用内部虚拟工作(等离子形式)的椭圆投影操作器构建的,由两个术语组成:一个精确计算的一致术语(线性补丁测试得到满足),和一个正折向偏向偏移场的纠正术语(确保稳定性),并有正确的缩放。VEM将多阶段组合的中间生成简单化为:一个硬性包容模型可以使用单一的多边形或多面元素组成。通过与Voronooi-cell latice 的虚拟元素模型的相对性来强调虚拟元素方法的相对性,这个模型的虚拟结构将包含一个直径性结构的模型的直径性模型的模型。

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