استفاده از روشی نوین برای محاسبه حساسیت طراحی برای مدل المان محدود غیرخطی

روش نیمه تحلیلی روشی است که از نظر محاسباتی کارایی بالایی دارد و به سادگی می‌توان آن را پیاده کرد به این دلیل اغلب ازین روش برای تحلیل حساسیت در مدل‌های المان محدود استفاده می‌شود. اما روش ‌نیمه‌تحلیلی بدون عیب نیست خصوصاً در مسائلی که حرکت صلب گونه جسم به‌صورت نسبی بزرگ است خطای شدیدی را به‌دنبال دارد. چنین خطاهایی ناشی از بردار نیروی کاذب ایجاد شده به وسیله‌ی مشتق‌گیری با روش تفاضل محدود است. در این مقاله روش نیمه تحلیلی نوینی بر پایه متغیرهای مختلط برای محاسبه حساسیت در مدل المان محدود غیرخطی پیشنهاد می‌شود. این روش، روش متغیرهای مختلط را با روش تحلیل حساسیت گسسته ترکیب کرده تا حساسیت‌ و مشتقات مورد نیاز در طراحی را با دقت و کارایی بالا محاسبه کند. روش مذکور کارایی محاسباتی روش نیمه تحلیلی را با دقت بالاتر حفظ می‌کند. به علاوه این روش نسبت به انتخاب اندازه گام حساس نیست، خصوصیتی که استفاده از آن را در مسائل کاربردی راحت می‌کند. از این روش می‌توان در مدل‌های المان محدود غیرخطی تنها با اصلاح جزئی در کدهای المان محدود موجود استفاده کرد. در این مقاله نویسندگان اثبات می‌کنند که تحلیل حساسیت گسسته و روش متغیرهای مختلط معادل هم بوده و یک معادله حساسیت را حل می‌کنند. سرانجام با چندین مثال عددی دقت روش مذکور با مقایسه با دیگر روش‌ها بررسی می‌شود و نشان داده می‌شود که این روش قابل اعتماد و مستقل از اندازه گام می‌باشد.

Employing a new method for computation of design sensitivities for nonlinear FEM

The semianalytical method (SAM) is an approach that computationally efficient and easy to implement. Thatchr('39')s why this method often used for the sensitivity analysis of finite element models. However, SAM is not without defect especially in problems that rigid body motions are relatively large reveals severe inaccuracy. Such errors outcome from the pseudo load vector calculated by differentiation using the finite difference method. In the present paper, a new semianalytical approach based on complex variables is proposed to compute the sensitivity of nonlinear finite element models. This method combines the complex variable method with the discrete sensitivity analysis to obtain the response sensitivity accurately and efficiently. The current approach maintains the computational efficiency of the semianalytical method with higher accuracy. In addition, the current approach is insensitive to the choice of step size, a feature that simplifies its use in practical problems. The method can be used to nonlinear finite elements only requires minor modifications to existing finite element codes. In this paper, the authors demonstrate that the discrete sensitivity analysis and the complex variable method are equivalent and solve the same equation. Finally, the accuracy of the method is investigated through the various numerical examples by comparing by other methods and will show that this method is reliable and independent of step size.