In this paper, we use the first-order virtual element method (VEM) to investigate the effect of shape quality of polyhedra in the estimation of the critical time step for explicit three-dimensional elastodynamic finite element simulations. Low-quality finite elements are common when meshing realistic complex components, and while tetrahedral meshing technology is generally robust, meshing algorithms cannot guarantee high-quality meshes for arbitrary geometries or for non-water-tight computer-aided design models. For reliable simulations on such meshes, we consider finite element meshes with tetrahedral and prismatic elements that have badly-shaped elements$-$tetrahedra with dihedral angles close to $0^\circ$ and $180^\circ$, and slender prisms with triangular faces that have short edges$-$and agglomerate such `bad' elements with neighboring elements to form a larger polyhedral virtual element. On each element of the mesh, the element-eigenvalue inequality is used to obtain an estimate of the critical time step. For a suite of illustrative finite element meshes with $\epsilon$ being a mesh-coordinate parameter that leads to poor mesh quality, we show that adopting VEM on the agglomerated polyhedra yield critical time steps that are insensitive as $\epsilon \rightarrow 0$. This study shows the promise of virtual element technology for reliable explicit finite element elastodynamic simulations on low-quality three-dimensional meshes.


翻译:在本文中,我们使用第一级虚拟元件方法(VEM)来调查多环形元件的形状质量在估算清晰的三维埃利斯托动定要素模拟的关键时间步骤中的影响。当组合现实的复杂组件时,低质量的有限元素是常见的。当四面形网格技术一般都很健全时,网形算法无法保证任意的几何或非水对称计算机辅助设计模型的高质量 meshes 。对于对此类模件的可靠模拟,我们考虑带有四面和振动元素的限定元素的限定元素模件,这些元素具有不直立的三维埃利动力元素。当以近于 0. cicirc$ 和 180circ$ 和 三角形网格的微光镜化技术,这些与相邻元素相邻的“坏”元素构成更大的多元感光度虚拟元素。对于每个模组的元素,均值低值的元素值不平等度和质质值元素的值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值,我们用来在关键的平质度技术上进行一个精确的缩缩缩缩缩化的磁度研究。

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