A computationally efficient numerical integration scheme for non-linear planestress/strain FEM applications using one-point constitutive model evaluation

Héctor R. Amezcua; Amado G. Ayala

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자료유형: 학술저널

저자정보: Héctor R. Amezcua (National Autonomous University of Mexico) Amado G. Ayala (National Autonomous University of Mexico)

저널정보: 국제구조공학회 Structural Engineering and Mechanics, An Int'l Journal Structural Engineering and Mechanics, An Int'l Journal Vol.85 No.1

발행연도: 2023.1

수록면: 89 - 104 (16page)

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This work presents a proposal for employing reduced numerical integration in the formulation of the 4-node quadrilateral solid finite element. The use of these low-order integration rules leads to numerical instabilities such as those producing the hourglass effect. The proposed procedure allows evaluating a given constitutive model only in one integration point, achieving an attractive computational cost reduction and, also, successfully controls the hourglass effect. A validation of the proposal is included and discussed throughout the paper. To show the efficiency of the proposal, several application examples of masonry structures are studied and discussed. To represent the non-linear mechanical behaviour of masonry a plastic-damage model is implemented within the application of this sub-integration scheme. Also, in order to have a full and computationally efficient strategy to determine the behaviour of masonry structures, involving its evolution to collapse, a homogenization technique with a macro-modeling approach is used. The methodology discussed throughout this paper demonstrates a substantial computational cost reduction and an improved approximation of the non-linear problem evidenced by a reduction of up to 85% of the computational time for some cases.

#computational cost #non-linear analysis #reduced numerical integration

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Héctor R. Amezcua

소속기관 National Autonomous University of Mexico

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 토목공학

논문수 1 이용수 1

Amado G. Ayala

소속기관 National Autonomous University of Mexico

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 토목공학

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