带刚臂空间梁元的几何非线性有限元分析

为解决应用空间梁元进行结构的几何非线性分析时所存在的相交处刚性连接问题,根据刚臂在受力后只有刚体运动而本身不变形的特点,将刚臂视为空间矢量,利用空间矢量有限转动公式及微分方法,导出了结构坐标系下刚臂两端的位移和杆端力的总量及增量关系。结合常规空间梁元非线性切线刚度矩阵,得到了两端带任意刚臂的空间梁元切线刚度矩阵显式表达式。依据此算法编制了相应的非线性有限元计算程序,对弯梁、框架等结构进行了空间几何非线性分析。计算结果表明:应用两端带任意刚臂的空间梁元可以很好地解决前面提到的问题,且其有限元分析格式与不带刚臂的空间梁元完全一致,具有很好的实用性。