本文发展了一种适用于梁与壳杂交结构的新型协同转动有限元计算公式,将新型协同转动六节点三边形壳单元、九节点四边形壳单元和三节点梁单元进行了集成。为保证单元之间的变形协调性,在梁单元与壳单元的共享节点处,采用了相同的节点变量。将单元的协同转动框架（局部坐标系）固结于单元上,随单元的刚体转动而转动,不受单元变形的影响,因此,可以在计算局部坐标系下单元的切线刚度矩阵和内力矢量时,预先排除因单元刚体转动引起的几何非线性影响,简化了单元在局部坐标系下的计算公式。因单元刚体转动引起的几何非线性在计算从局部坐标系到整体坐标系的转换矩阵时再考虑。在整体坐标系下,三边形和四边形壳单元在非光滑壳的各不共面壳间交叉线上或与梁单元共享的节点处,每个节点采用3个平动自由度和3个矢量型转动自由度,将节点定位矢量组中一个矢量的2个较小分量和另一矢量的较小或最小分量定义为矢量型转动自由度;在壳单元的其它节点,每个节点采用3个平动自由度和2个矢量型转动自由度,将壳中性面的法向矢量沿坐标轴方向的2个较小分量定义为矢量型转动变量。梁单元的每个节点采用3个平动自由度和3个矢量型转动自由度,其定义同非光滑壳不共面壳间交叉线上的节点。在局部坐标系下,壳单元的每个节点采用3个平动自由度和2个矢量型转动自由度,取壳中性面在节点处的法向矢量沿坐标轴方向的2个较小分量作为矢量型转动变量;梁单元的每个端部节点采用3个平动自由度和3个矢量型转动自由度,取梁单元节点处横截面一个主轴矢量沿坐标轴方向的2个较小分量和另一主轴矢量沿坐标轴方向的1个较小或最小分量作为矢量型转动变量。现有的协同转动有限元公式常采用转角作为节点转动变量,得到的单元切线刚度矩阵都是不对称的。而在本文中,由于在梁单元和壳单元中采用了新型矢量型转动变量,在非线性增量求解过程中,这些矢量型转动变量也可以像平动自由度一样,采用加法直接累加更新。在计算局部坐标系和整体坐标系下的单元切线刚度矩阵时,需要计算势能泛函对局部节点变量的二阶偏微分和局部坐标系下的节点变量对整体坐标系下的节点变量的二阶偏微分,且在计算这些二阶偏微分时,自变量的微分次序是可以互换的,因此,得到的局部坐标系与整体坐标系下的单元切线刚度矩阵都是对称的。为减轻闭锁现象对三边形和四边形壳单元收敛性的不利影响,在计算这些单元的切线刚度矩阵时,分别采用改进的张量分量混合插值法计算假定膜应变和假定剪切应变,以替换相应的协调应变。在梁单元中采用降阶积分法消除闭锁现象的不利影响。通过计算多个梁壳杂交结构的算例和膜脉杂交的蜻蜓翅膀结构,并将计算结果与采用工程软件ABAQUS.6.14中的STRI6单元、S8R单元和B32单元的模拟结果进行对比,验证了本文发展的新型协同转动梁单元与壳单元集成的有限元公式在解决大位移、大转角问题时的可靠性与计算精度。本文还通过样本实验对蜻蜓翅膀网状翅脉结构的节点坐标进行了测量、采用梁单元和壳单元建立了翅膀结构的有限元计算模型,研究了不同类型和大小的荷载作用下蜻蜓翅膀的变形与翅脉和翅膜对蜻蜓翅膀的刚度贡献。