摘要

为了降低直接偶应力有限元方法的复杂度,在Cosserat连续体框架下通过对C1连续性进行松弛来获得其近似解,建立基于罚函数的偶应力有限元方法(简称PcouFEM),并通过三个数值算例对PcouFEM的性能进行了研究。对于平面应变条件下的圆孔应力集中问题,研究发现当罚因子不小于经典连续体剪切模量的5倍时(即Gc≥5G),基于缩减积分PcouFEM计算获得的应力集中因子与解析解基本吻合;对于单轴压缩试验应变局部化分析,通过应用PcouFEM可以减弱甚至消除与常规FEM相关的网格依赖性问题,且从数值精度的角度建议取值为5G≤Gc≤10G;对于通过刚性条形基础承受偏心载荷的土质边坡,研究发现土坡剪切带模拟中的网格依赖问题同样可以通过应用PcouFEM得到较大缓解。