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关于有限应变虚拟元方法弹性性质中稳定化标度的探究

数值分析 2026-05-21 v2 数值分析

摘要

低阶虚拟元素方法(VEM)通过多项式投影计算一致的有限应变贡献,并依赖稳定化来控制投影核中未解析的模式。在当前的弹性 VEM 实践中,稳定化通常通过对辅助子网格上积分的非线性代理能量来定义,并通过修改的拉梅参数和不可压因子进行缩放;这可能引入对任意内部网格的敏感性,使一致的牛顿线性化变得复杂,并且最关键的是,将基于体积的依赖性代理引入切向类型核惩罚中,在接近不可压时人为地刚性化等温损失模式。本文发展了一种无子网格、仅依赖核的稳定化方法,使其脱离体积和切向通道的耦合,并明确设计为按当前牛顿切线能量在核上进行比例缩放:切向项仅由剪切度量缩放,并通过受限几何驱动的方向性权重增强;而体积项则由独立的体积度量缩放,可对其进行上限或抑制,当 ν1/2\nu\to 1/2 时。建立了谱框架,以广义拉莱尔商和特征值界来表征标准 VEM 稳定性要求在核上的贡献,并在标准多边形规则性假设下证明切向稳定化在核上与 μE1,E2\mu_E|\cdot|_{1,E}^2 均匀等价,常数独立于网格尺寸和泊松比。元素级别的诊断确认,经典的代理基于稳定方法在 ν1/2\nu\to 1/2 时将体积驱动的能量分配给等温核模式,而所提出的解耦稳定化保持剪切比例缩放;核谱图和在接近不可压条件下的 Cook 小膜仿真进一步支持跨多边形网格族的改进鲁棒性。

关键词

引用

@article{arxiv.2603.07218,
  title  = {An Investigation of Stabilization Scaling in Finite-Strain Virtual Element Methods for Hyperelasticity},
  author = {Paulo Akira F. Enabe and Rodrigo Provasi},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2603.07218},
  year   = {2026}
}