橡胶类材料广泛应用于轮胎、垫圈、胶管、缓冲气囊、阻尼器等工程结构,橡胶本身是超弹性不可压缩材料,其受力时,能够产生很大的弹性变形,当外力去除后,又能恢复原来的几何形状,其变形常伴有大位移、大转动,这给有限元分析带来了极大困难,极易产生网格畸变及体积闭锁问题。

无网格法形函数的形成不依赖于网格,故特别适合于橡胶类材料几何非线性大变形问题的分析。但其形函数的丰富性也会给Galerkin弱形式的准确积分带来较大困难。为解决此问题,文献[1]发展了具二阶一致性的三点积分方案QC3,积分点上节点形函数的空间导数由它与形函数之间散度定理的离散形式计算。该方法能精确通过二次分片试验,被称为一致性高阶无网格法[2]。本文将它从线弹性小变形问题拓展到几何非线性及近不可压缩问题。形函数采用二次的移动最小二乘近似,应用修正的节点导数计算积分点上的刚度阵。基于位移变量建立依赖于初始构型的完全Lagrange分析格式,应用罚函数法施加本质边界条件,并采用Newton-Raphson法进行迭代求解。数值算例表明,所发展的一致性高阶无网格法在处理几何非线性问题时收敛性好、精度高、速度快且可避免体积闭锁问题