基于假定应变法的协同转动四边形复合材料壳单元

为对复合材料层合板壳结构进行精确的大变形数值模拟,提出一种采用假定应变法的能分析层合结构大转动问题的协同转动四边形壳单元.该方法在建立有限元公式时引入假定应变法以克服膜闭锁和剪切闭锁的不利影响.与其他能分析大转动问题的复合材料壳单元相比,在新的协同转动框架中采用矢量型转动变量,可大大降低在非线性增量求解过程中更新转动变量的难度,且能得到对称的单元切线刚度矩阵,提高单元的计算效率.分析两个典型算例,并与其他学者的结果进行对比,结果表明在计算层合结构大转角问题时拥有较好的精度和收敛性.

焊接变形预测中基于假定热应变法的弹性有限元建模

传统的固有应变法在固有应变载荷的施加中,因难以准确反映实际固有应变分布规律而影响焊接变形预测精度。通过传统等效载荷法与应变直接边界法的融合优化,所提出假定热应变法能够有效弥补传统载荷法逐层输入固有应变载荷的失真,以及应变直接边界法无法预测凸型角变形及纵向弯曲的不足。同时,该方法通过等效力学模型综合考虑多样的固有应变分布,使由凸型角变形和凹型纵向弯曲组成的马鞍形屈曲变形实现准确的分析计算。通过试验、热-弹塑性有限元模型,应变直接边界法弹性模型和假定热应变弹性模型综合比较,研究5052铝合金平板堆焊下所形成的屈曲变形。结果表明,假定热应变弹性模型对屈曲变形实现准确和快速的预测,可以应用于大型焊接结构及激光增材制造中的变形预测,并能够为固有应变理论中实现实际固有应变分布的转换提供新的思路。

新型协同转动3节点三边形壳单元

发展了一种新型3节点三边形壳单元。计算单元在局部坐标系下的节点变量时,通过采用协同转动法,预先扣除节点整体变量中的刚体转动成分,从而简化了单元的计算公式。不同于现有的其他协同转动单元,在该单元中采用了增量可以直接累加的矢量型转动变量,单元的切线刚度矩阵可以通过直接计算能量泛函对节点变量的二阶偏微分得到,且对节点变量的偏微分次序是可以互换的,因而在局部和整体坐标系下都得到了对称的单元切线刚度矩阵。为消除单元中可能出现的闭锁现象,引入了Mac Neal提出的线积分法,分别用沿单元边线方向的膜应变和剪切应变构造新的假定应变场。最后,通过对几个产生了大位移与大转角变形的板壳问题进行分析,检验了该单元的可靠性、计算精度和计算效率。