新型协同转动三角形曲壳单元研究

来源 :浙江大学建筑工程学院 浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:njtangxn
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本文发展了一种新型协同转动六节点三角形曲壳单元,这种单元能考虑结构的大位移、大转角问题。考虑到单元的运动可分为刚体运动和相对变形两部分,且仅相对变形部分对单元的应变能有贡献,而刚体运动部分不产生应变能,因此,本文通过引入协同转动法,排除了单元运动中的刚体位移成分。在该三角形曲壳单元中,每个节点除了有三个平动自由度外,还有两个独立的转动自由度,如果将这两个转动自由度定义为壳体中面法向矢量的两个较小分量,则它们成为了矢量型转动变量。这些矢量型转动变量在增量求解过程中可以直接做叠加运算。将单元总势能对节点变量做一阶偏导,可得到单元的内力矢量表达式;将单元总势能对节点变量做二阶偏导,可以得到单元切线刚度矩阵的表达式。与现存的其它曲壳单元相比,本单元在对总势能做二次偏导时,各节点变量间的微分次序都是可互换的,从而可以得到对称的单元切线刚度矩阵。本文采用离散应变差法对格林—拉格朗日应变表达式做处理,分别修正了单元应变中的薄膜应变和剪切应变表达式。在非线性增量求解过程中,分别采用了广义位移法和位移控制法,从而能有效地跟踪结构屈曲后的平衡路径。最后使用基于本单元研制的有限元分析程序对九个经典算例进行分析,并将计算结果与相关文献给出的结果进行比较,验证了本单元的可靠性、计算精度和计算效率。
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