The effect of approximating functions in the construction of the stiffness matrix of the finite element on the convergence rate of the finite element method | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2019. № 57. DOI: 10.17223/19988621/57/2

The effect of approximating functions in the construction of the stiffness matrix of the finite element on the convergence rate of the finite element method

The aim of this article is to study the influence of approximating functions on the convergence rate of the finite element method (FEM) when constructing the finite element stiffness matrix. To achieve this aim, coefficients of the transformation tensor have been obtained for different approximating functions with the use of one-dimensional Lagrange polynomials which are used for constructing the stiffness matrix of a finite element (linear, quadratic, and cubic). The found coefficients of the transformation tensor are used in the calculation of internal and external radial displacements in a hollow thick-walled resin cylinder under internal pressure. The analysis of the FEM convergence with linear, quadratic, and cubic approximation functions of displacements for the performed calculations shows that the use of a finite element with an approximating cubic function makes it possible to accelerate the FEM convergence and to obtain more accurate results. This fact proves the perspectiveness of using higher order approximating functions for different classes of problems in mechanics (in our case, for the elastomeric element). AMS Mathematical Subject Classification 74G15, 74S05, 65B99

Download file
Counter downloads: 212

Keywords

кубическая аппроксимация, эластомеры, напряженно-деформированное состояние, метод конечных элементов

Authors

NameOrganizationE-mail
Kirichevsky Rostislav V.Luhansk Taras Shevchenko National Universityrost71@mail.ru
Skrynnykova Anna V.Luhansk Taras Shevchenko National Universityann3005@rambler.ru
Всего: 2

References

Гребенюк С.М., Бова А.А. Визначення напружено-деформованого стану гумової труби на основі уточненої моментної схеми скінченного елемента // Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій. 2014. Вып. 22. С. 67-79.
Клочков Ю.В., Николаев А.П., Вахнина О.В. Конечно-элементный анализ оболочек вращения при использовании высокоточного треугольного элемента дискретизации с корректирующими множителями Лагранжа // Вестник Моск. ун-та. Серия 1. Математика, механика. 2016. № 5. С. 59-63.
Nedjar В., Baaser Н., Martin R., Neff Р. A finite element implementation of the isotropic exponentiated Hencky-logarithmic model and simulation of the eversion of tubes // Computational Mechanics. 2017. Р. 1-20. https://doi.org/10.1007/s00466-017-1518-9.
Гусев А. А. Метод конечных элементов высокого порядка точности решения краевых задач для эллиптического уравнения в частных производных // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия математика, информатика, физика. 2017. Т. 25. № 3. С. 217-233. http://dx.doi.org/10.22363/2312-9735-2017-25-3-217-233.
Завьялов Г.Г., Киричевский В.В., Сахаров А.С. Уточненные схемы МСКЭ для расчета массивных конструкций // Проблемы прочности. 1978. № 6. С. 76-82.
Урев М.В. Сходимость МКЭ для эллиптического уравнения с сильным вырождением // Сибирский журнал индустриальной математики. 2014. Т. 17. № 2. С. 137-148.
Fialko S.Yu. Application of rigid links in structural design models // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2017. V. 13. No. 3. Р. 119-137. https://doi.org/10.22337/1524-5845-2017-13-3-119-137.
Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Fox D.D. The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2013. 672 р. DOI: https://doi.org/10.1016/ C2009-0-26332-X.
Solin P. Partial Differential Equations and the Finite Element Method. New Jersey: Wiley-Interscience, 2005. 504 р.
Киричевский В. В., Дохняк БМ., Козуб Ю. Г. и др. Метод конечных элементов в вычислительном комплексе «МІРЕЛА+». Киев: Наукова думка, 2005. 403 с.
 The effect of approximating functions in the construction of the stiffness matrix of the finite element on the convergence rate of the finite element method | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2019. № 57. DOI: 10.17223/19988621/57/2

The effect of approximating functions in the construction of the stiffness matrix of the finite element on the convergence rate of the finite element method | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2019. № 57. DOI: 10.17223/19988621/57/2

Download full-text version
Counter downloads: 607