摘要
全局-局部非侵入式耦合是一种成熟的分析方法，适用于分析具有局部非线性行为的结构，但其实际应用受到一个限制，即局部区域必须与全局网格的节点重合。本文提出了一种三层非侵入式全局-局部耦合策略，在全局域和局部域之间引入一个中间一维梁模型，从而在不修改全局模型的前提下，恢复局部区域位置布置的完全自由度。该公式通过显式投影算子将位移和反力在两个不重合的界面之间进行传递，额外的层级仅在每个耦合区域引入三个梁单元和四个节点。该方法在悬臂梁（线性、带缺口和裂纹扩展三种变体）以及带有X-FEM裂纹扩展的三层框架结构上进行了验证，并与单体三维参考解和标准匹配界面全局-局部方法进行了对比。对于框架结构，非匹配方案将总自由度减少了97.46%（相对于单体解），并将计算时间缩短了68.19%，而匹配界面版本的缩短比例为53.86%。位移误差保持在10%以下，迭代次数相对于匹配方案最多减少了三分之一。因此，所提出的公式在无法修改全局模型的场景中具有高精度、高计算效率和几何灵活性。
