【技术实现步骤摘要】
一种高性能五面体六节点体壳单元的新型构造方法
本专利技术涉及结构建模
，尤其涉及一种高性能五面体六节点体壳单元的新型构造方法。
技术介绍
工程结构有限元数值分析已成为现代工程结构设计中的最基本应用技术手段，对于考察其变形与内力特性，发现设计构形缺陷、合理降低结构重量、提高设计品质、保证工程使用的刚度与安全特性等具有重要的工程应用价值。结构有限元数值分析的最基本步骤是对大型结构按照有限单元库提供的基本力学单元类型进行结构的离散化几何剖分，最终形成关于剖分节点运动自由度作为未知量的结构总体刚度方程。显然剖分的单元越大，离散的几何节点越少，则力学性能分析的精度一般就越低；反之，剖分的单元越小，离散节点越多，虽力学分析精度明显提高，但分析规模变大，计算成本提高。剖分单元的大小取决于基本单元的性能，因此，单元力学特性的构造方法是结构数值分析中的一项最基础的核心技术。本专利技术涉及航空航天领域等薄壁壳体结构的有限元数值建模技术，薄壁壳体指其面尺度远大于厚度尺寸的结构体，通常薄壁结构还需要在壳体的内表面用桁条或称筋条来加强其...
【技术保护点】
1.一种高性能五面体六节点体壳单元的新型构造方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)将薄壁结构离散为若干个五面体六节点体壳单元，每个节点仅包含三个坐标轴方向的平动自由度，则一个单元中共包含18个节点位移自由度，基于单元变形模态的线性叠加原理，可通过18个不同变形模态的线性叠加来刻画单元受载时的所有变形可能；/n2)计算五面体六节点体壳单元的几何中面，并建立与变形模态相关的单元局部坐标系，以区分五面体六节点体壳单元的面内及面外变形；/n3)利用三角板壳单元变形模态与五面体六节点体壳单元变形模态之间的对应关系，通过对三角板壳单元的节点自由度进行转换处理，以优异性能的三角板壳单元...
【技术特征摘要】
1.一种高性能五面体六节点体壳单元的新型构造方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将薄壁结构离散为若干个五面体六节点体壳单元，每个节点仅包含三个坐标轴方向的平动自由度，则一个单元中共包含18个节点位移自由度，基于单元变形模态的线性叠加原理，可通过18个不同变形模态的线性叠加来刻画单元受载时的所有变形可能；
2)计算五面体六节点体壳单元的几何中面，并建立与变形模态相关的单元局部坐标系，以区分五面体六节点体壳单元的面内及面外变形；
3)利用三角板壳单元变形模态与五面体六节点体壳单元变形模态之间的对应关系，通过对三角板壳单元的节点自由度进行转换处理，以优异性能的三角板壳单元面内刚阵及面外弯曲刚阵来构造五面体六节点体壳单元面内、面外变形的模态位移向量及相应的模态载荷向量；
4)基于线性有限单元法中节点位移与等效节点载荷之间的关系，由所得的五面体六节点体壳单元的面内、面外模态位移向量和相应的模态载荷向量来计算五面体六节点体壳单元的刚度矩阵，对所述单元刚度矩阵进行处理，使其在五面体六节点体壳单元发生翘曲时仍能保持对称形式。
2.根据权利要求1所述的一种高性能五面体六节点体壳单元的新型构造方法，其特征在于，所述步骤3)中的三角板壳单元节点自由度的模态变换算法，包括如下步骤:
3-1)对于面内变形，五面体六节点体壳单元的节点位移与中面三角板壳单元中膜元部分的节点位移完全相同，通过三角膜元的节点位移，可计算五面体六节点体壳单元中对应节点的位移，从而建立两种单元节点位移之间的变换关系
式中uim＝[ximyimθimz]T为三角膜元节点im的位移，xim，yim，θimz分别为x方向平动位移、y方向平动位移以及绕z轴的转动位移，uil、uiu为五面体六节点体壳单元对应节点位移，将三角膜元的三个节点位移代入式(22)，可得五面体六节点体壳单元相应的节点位移为
式中，为三角膜元的节点位移向量，基于计算效率考虑，将三角膜元的9组变形模态直接取为单位向量，则可通过式(22)、(23)获得五面体六节点体壳单元的9组面内变形模态位移向量
3-2)通过三角板壳单元的面内刚度矩阵及面内模态位移矩阵，计算三角膜元在每个变形模态下的模态载荷向量，再根据节点作用力与力矩的等效原理，由三角膜元的模态载荷向量计算五面体六节点体壳单元的9组面内模态载荷向量F1-9；
3-3)对于面外部分，基于Reissner-Mindlin板弯理论的三个假设，可认为五面体六节点体壳单元的节点与中面三角板弯单元的三个节点由刚性单元连接，由线性刚体约束关系可获得三角板壳单元面外板弯部分节点位移与对应五面体六节点体壳单...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。