This article presents a staggered approach to couple the interaction of very flexible tension structures with large deformations, described with the finite element method (FEM), and objects undergoing large, complex, and arbitrary motions discretized with particle methods, in this case the discrete element method (DEM). The quantitative solution quality and convergence rate of this partitioned approach is highly time step dependent. Thus, the strong coupling approach is presented here, where the convergence is achieved in an iterative manner within each time step. This approach helps increase the time step size significantly, decreases the overall computational costs, and improves the numerical stability. Moreover, the proposed algorithm enables the application of two independent, standalone codes for simulating DEM and structural FEM as blackbox solvers. Systematic evaluations of the newly proposed iterative coupling scheme with respect to accuracy, robustness, and efficiency as well as cross comparisons between strong and weak FEM-DEM coupling approaches are performed. Additionally, the approach is validated against the rest position of an impacting object, and further examples with objects impacting highly flexible protection structures are presented. Here, the protection nets are described with nonlinear structural finite elements and the impacting objects as DEM elements. To allow the interested reader to independently reproduce the results, detailed code and algorithm descriptions are included in the appendix.

中文翻译：

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离散元与大变形结构有限元的分区强耦合，以模拟对高柔性张拉结构的影响

本文提出了一种交错方法，用于耦合具有较大变形的非常柔性的拉伸结构的相互作用（使用有限元方法（FEM）进行描述），以及通过粒子方法离散化经历大，复杂和任意运动的对象，在这种情况下为离散元素方法（DEM）。这种分区方法的定量解决方案质量和收敛速度在很大程度上取决于时间步长。因此，此处介绍了一种强耦合方法，其中在每个时间步骤内以迭代方式实现收敛。这种方法有助于显着增加时间步长，降低总体计算成本，并提高数值稳定性。此外，所提出的算法可以应用两个独立的 用于将DEM和结构FEM模拟为黑盒求解器的独立代码。对准确性，鲁棒性和效率以及强和弱FEM-DEM耦合方法之间的交叉比较进行了新提出的迭代耦合方案的系统评估。另外，该方法针对撞击物体的静止位置进行了验证，并给出了物体撞击高度灵活的保护结构的其他示例。在此，以非线性结构有限元和冲击物体为DEM要素来描述防护网。为了使感兴趣的读者能够独立地再现结果，附录中包含了详细的代码和算法描述。鲁棒性，效率以及强和弱FEM-DEM耦合方法之间的交叉比较。另外，该方法针对撞击物体的静止位置进行了验证，并给出了物体撞击高度灵活的保护结构的其他示例。在此，以非线性结构有限元和冲击物体为DEM要素来描述防护网。为了使感兴趣的读者能够独立地再现结果，附录中包含了详细的代码和算法描述。鲁棒性，效率以及强和弱FEM-DEM耦合方法之间的交叉比较。另外，该方法针对撞击物体的静止位置进行了验证，并给出了物体撞击高度灵活的保护结构的其他示例。在此，以非线性结构有限元和冲击物体为DEM要素来描述防护网。为了使感兴趣的读者能够独立地再现结果，附录中包含了详细的代码和算法描述。并给出了物体撞击高度灵活的保护结构的更多示例。在此，以非线性结构有限元和冲击物体为DEM要素来描述防护网。为了使感兴趣的读者能够独立地再现结果，附录中包含了详细的代码和算法描述。并给出了物体撞击高度灵活的保护结构的更多示例。在此，以非线性结构有限元和冲击物体为DEM要素来描述防护网。为了使感兴趣的读者能够独立地再现结果，附录中包含了详细的代码和算法描述。