Coupling non-matching finite element discretizations in small-deformation inelasticity: Numerical integration of interface variables

Amaireh, Layla K.; Haikal, Ghadir

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자료유형: 학술저널

저자정보: Amaireh, Layla K. (Applied Science Private University) Haikal, Ghadir (Lyles School of Civil Engineering, Purdue University)

저널정보: 테크노프레스 Coupled systems mechanics Coupled systems mechanics 제8권 제1호

발행연도: 2019.1

수록면: 71 - 93 (23page)

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Finite element simulations of solid mechanics problems often involve the use of Non-Confirming Meshes (NCM) to increase accuracy in capturing nonlinear behavior, including damage and plasticity, in part of a solid domain without an undue increase in computational costs. In the presence of material nonlinearity and plasticity, higher-order variables are often needed to capture nonlinear behavior and material history on non-conforming interfaces. The most popular formulations for coupling non-conforming meshes are dual methods that involve the interpolation of a traction field on the interface. These methods are subject to the Ladyzhenskaya-Babuska-Brezzi (LBB) stability condition, and are therefore limited in their implementation with the higher-order elements needed to capture nonlinear material behavior. Alternatively, the enriched discontinuous Galerkin approach (EDGA) (Haikal and Hjelmstad 2010) is a primal method that provides higher order kinematic fields on the interface, and in which interface tractions are computed from local finite element estimates, therefore facilitating its implementation with nonlinear material models. The inclusion of higher-order interface variables, however, presents the issue of preserving material history at integration points when a increase in integration order is needed. In this study, the enriched discontinuous Galerkin approach (EDGA) is extended to the case of small-deformation plasticity. An interface-driven Gauss-Kronrod integration rule is proposed to enable adaptive enrichment on the interface while preserving history-dependent material data at existing integration points. The method is implemented using classical J2 plasticity theory as well as the pressure-dependent Drucker-Prager material model. We show that an efficient treatment of interface variables can improve algorithmic performance and provide a consistent approach for coupling non-conforming meshes in inelasticity.

#non-conforming mesh coupling #the enriched discontinuous Galerkin method #J2 plasticity #drucker-prager model #numerical integration

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Amaireh, Layla K.

소속기관 Applied Science Private University

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논문수 1 이용수 1

Haikal, Ghadir

소속기관 Lyles School of Civil Engineering, Purdue University

주요연구분야 공학 > 기타공학 > 기타 공학

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