一种高阶频率可控的大变形梁单元

针对大变形梁刚柔耦合系统数值仿真效率低的问题,提出一种高阶频率可控的平面梁单元。选取节点位置矢量和首末两端节点处的轴向位置梯度矢量为整体参数,利用三次样条插值构造梁的形心线;依据Euler-Bernoulli梁变形假设,由形心线切向确定梁截面转角。从在模型层面滤除系统高频分量入手,采用一小段时间域内的平均内力代替虚功率方程中的瞬时内力,推导包含附加惯性项和阻尼项的大变形梁的控制方程。通过调整平均内力的时间区间长度参数,实现对系统方程中高频分量的控制,从而使常规显式算法也能被应用于传统刚性问题的仿真求解。数值算例表明应用所提出的大变形梁单元对刚柔耦合系统建模,能够在保证计算精度的同时大幅提升仿真求解效率。