Improving the conditioning of XFEM/GFEM for fracture mechanics problems through enrichment quasi-orthogonalization

正交化 扩展有限元法 统一的划分 有限元法 数学 水准点(测量) 应用数学 断裂力学 计算力学 算法 数学优化 数学分析 结构工程 工程类 大地测量学 地理
作者
Konstantinos Agathos,Stéphane Bordas,Eleni Chatzi
出处
期刊:Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering [Elsevier BV]
卷期号:346: 1051-1073 被引量:75
标识
DOI:10.1016/j.cma.2018.08.007
摘要

Partition of unity enrichment is known to significantly enhance the accuracy of the finite element method by allowing the incorporation of known characteristics of the solution in the approximation space. However, in several cases it can further cause conditioning problems for which a number of remedies have been proposed in the framework of the extended/generalized finite element method (XFEM/GFEM). Those solutions often involve significant modifications to the initial method and result in increased implementation complexity. In the present work, a simple procedure for the local near-orthogonalization of enrichment functions is introduced, which significantly improves the conditioning of the resulting system matrices, while requiring only minor modifications to the initial method. Although application to different types of enrichment functions is possible, the resulting scheme is specialized for the singular enrichment functions used in linear elastic fracture mechanics and tested through benchmark problems.

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