基于分层法的功能梯度三明治壳线性弯曲无网格分析

基于3D连续壳理论和一阶剪切变形理论,采用分层法,提出了一种求解功能梯度三明治壳线性弯曲问题的移动最小二乘无网格法.通过映射技术,将随动坐标系上的二维无网格节点信息映射到三维壳中,并在随动坐标系上形成移动最小二乘近似的形函数.因基于3D连续壳理论的壳数值解答无法像特定壳一样给出其厚度方向的显式表达式,该文将功能梯度三明治材料壳结构中材料参数变化的部分划分成若干层,得到每层的材料参数为常数.利用最小势能原理,推导出了功能梯度三明治壳线性弯曲的无网格控制方程.通过引入一个厚度方向的线性变换,使得每层厚度方向的Gauss积分均在-1至1区间内,不违背一阶剪切变形理论.采用完全转化法施加本质边界条件.以功能梯度三明治板、柱壳、双曲扁壳经典几何形状壳为例,讨论了不同梯度系数、径厚比和曲率半径等对数值结果的影响,并将计算结果与文献解对比.研究表明,该方法在求解不同形状的功能梯度三明治壳线性弯曲问题时,具有收敛性好、计算精度高的特点.