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A New Rectangular Finite Element Formulation Based on Higher Order Displacement Theory for Thick and Thin Composite and Sandwich Plates
1
作者 Sanjib Goswami Wilfried Becker 《World Journal of Mechanics》 2013年第3期194-201,共8页
A new displacement based higher order element has been formulated that is ideally suitable for shear deformable composite and sandwich plates. Suitable functions for displacements and rotations for each node have been... A new displacement based higher order element has been formulated that is ideally suitable for shear deformable composite and sandwich plates. Suitable functions for displacements and rotations for each node have been selected so that the element shows rapid convergence, an excellent response against transverse shear loading and requires no shear correction factors. It is completely lock-free and behaves extremely well for thin to thick plates. To make the element rapidly convergent and to capture warping effects for composites, higher order displacement terms in the displacement kinematics have been considered for each node. The element has eleven degrees of freedom per node. Shear deformation has also been considered in the formulation by taking into account shear strains ( rxz and ryz) as nodal unknowns. The element is very simple to formulate and could be coded up in research software. A small Fortran code has been developed to implement the element and various examples of isotropic and composite plates have been analyzed to show the effectiveness of the element. 展开更多
关键词 finite element DISPLACEMENT Approach plate Bending COMPOSITE shear Deformation Higher Order THEORY lock-FREE
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Force-Based Quadrilateral Plate Bending Element for Plate Using Large Increment Method
2
作者 贾红学 刘西拉 《Journal of Donghua University(English Edition)》 EI CAS 2015年第3期345-350,共6页
A force-based quadrilateral plate element( 4NQP13) for the analysis of the plate bending problems using large increment method( LIM) was proposed. The LIM, a force-based finite element method( FEM),has been successful... A force-based quadrilateral plate element( 4NQP13) for the analysis of the plate bending problems using large increment method( LIM) was proposed. The LIM, a force-based finite element method( FEM),has been successfully developed for the analysis of truss,beam,frame,and 2D continua problems. In these analyses,LIMcan provide more precise stress results and less computational time consumption compared with displacement-based FEM. The plate element was based on the Mindlin-Reissner plate theory which took into account the transverse shear effects.Numerical examples were presented to study its performance including accuracy and convergence behavior,and the results were compared with the results have been obtained from the displacementbased quadrilateral plate elements and the analytical solutions. The4NQP13 element can analyze the moderately thick plates and the thin plates using LIMand is free from spurious zero energy modes and free from shear locking for thin plate analysis. 展开更多
关键词 large increment method(LIM) displacement-based finite element method(FEM) Mindlin-Reissner plate theory spurious zero energy modes shear locking
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基于面积坐标和解析试函数的厚薄通用板单元 被引量:2
3
作者 王丽 龙志飞 +3 位作者 卢玉林 魏佳 郭丹 刘存真 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期257-260,313-314,共4页
求出了Mindlin-Reissner厚板理论控制方程的基本解析解,以其作为试探函数构造了两个基于第二类四边形面积坐标的广义协调厚薄通用板单元AATF-PQ4a和AATF-PQ4b;在此基础上计算了承受均布荷载方板的中心挠度和中心弯矩。结果表明:两种单... 求出了Mindlin-Reissner厚板理论控制方程的基本解析解,以其作为试探函数构造了两个基于第二类四边形面积坐标的广义协调厚薄通用板单元AATF-PQ4a和AATF-PQ4b;在此基础上计算了承受均布荷载方板的中心挠度和中心弯矩。结果表明:两种单元随网格加密而趋近于精确解,表现出较高的精度和较好的收敛性,而且AATF-PQ4b的收敛速度比AATF-PQ4a快;对于薄板极限情况,这两种厚薄通用板单元自动退化为薄板单元,完全无剪切闭锁现象发生;两种板单元均对网格畸变不敏感,具有较好的稳定性,适用于实际工程计算。 展开更多
关键词 有限元 试探函数 厚薄通用板元 剪切闭锁
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基于等几何有限元法的功能梯度板自由振动分析 被引量:15
4
作者 尹硕辉 余天堂 刘鹏 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第24期180-186,共7页
基于一阶剪切变形板理论,建立了分析金属-陶瓷功能梯度板自由振动问题的非均匀有理B样条(NURBS)等几何有限元格式。功能梯度板材料属性沿厚度方向呈梯度连续变化。采用等几何有限元法,讨论了梯度指数、边界条件及长厚比对四种典型功能... 基于一阶剪切变形板理论,建立了分析金属-陶瓷功能梯度板自由振动问题的非均匀有理B样条(NURBS)等几何有限元格式。功能梯度板材料属性沿厚度方向呈梯度连续变化。采用等几何有限元法,讨论了梯度指数、边界条件及长厚比对四种典型功能梯度材料(Al/Al2O3、Al/ZrO2、Ti-6Al-4V/Aluminum oxide和SUS304/Si3N4)板自振频率的影响。数值算例表明,等几何有限元法具有高精度和高收敛率优点,能有效求解功能梯度板的动响应。 展开更多
关键词 等几何有限元法 功能梯度板 一阶剪切变形理论 自由振动
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一个不闭锁和抗畸变的四边形厚板元 被引量:4
5
作者 龙驭球 陈晓明 岑松 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期385-391,共7页
构造一个彻底消除剪切闭锁现象并且对网格畸变不敏感的四边形厚薄板通用单元RPAQ。在方法上有三个特点:第一,在厚板挠度和转角的试函数中,采用了合理匹配方案,从而在源头上彻底消除了剪切闭锁现象;第二,采用四边形面积坐标,以代替通常... 构造一个彻底消除剪切闭锁现象并且对网格畸变不敏感的四边形厚薄板通用单元RPAQ。在方法上有三个特点:第一,在厚板挠度和转角的试函数中,采用了合理匹配方案,从而在源头上彻底消除了剪切闭锁现象;第二,采用四边形面积坐标,以代替通常的等参坐标,从而使网格畸变时仍然保持高精度;第三,采用广义协调元做法,使协调条件的采用灵活多样,并保证单元的收敛性。进行了一系列数值例题测试,表明单元RPAQ能自动消除闭锁现象,在由薄板到厚板的不同情况下,在各种网格畸变的情况下,都能体现出良好的精度和数值稳定性。 展开更多
关键词 有限元 四边形单元 中厚板 剪切闭锁
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带旋转自由度C^0类任意四边形板(壳)单元 被引量:14
6
作者 朱菊芬 郑罡 《计算力学学报》 CAS CSCD 2000年第3期287-292,300,共7页
基于 Reissner- Mindilin板弯曲理论和 Von- Karman大挠度理论 ,采用单元域内和边界位移插值一致性的概念 ,将四节点等参弯曲板单元与 Allman膜变形二次插值模式相结合 ,对层合板壳的大挠度分析提供了一种实用的带旋转自由度的四节点 C0... 基于 Reissner- Mindilin板弯曲理论和 Von- Karman大挠度理论 ,采用单元域内和边界位移插值一致性的概念 ,将四节点等参弯曲板单元与 Allman膜变形二次插值模式相结合 ,对层合板壳的大挠度分析提供了一种实用的带旋转自由度的四节点 C0 类板壳单元。大量算例表明 :该单元对板壳结构的线性强度、稳定性和后屈曲分析都表现出良好的收敛性和足够的工程精度。 展开更多
关键词 板\壳 有限元 旋转自由度 大挠度 复合材料
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基于Mindlin横剪变形理论的功能梯度板热屈曲分析 被引量:8
7
作者 夏巍 赵东伟 冯宇鹏 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期13-18,176,共6页
Mindlin板理论对挠度和转角采用各自独立的场函数以反映一阶横向剪切变形,具有简明的表达式,适于建立功能梯度板的热屈曲分析模型。本文假设功能梯度材料沿板厚方向的分布为幂函数,采用混合定律和Mori-Tanaka方法计算功能梯度板的均质... Mindlin板理论对挠度和转角采用各自独立的场函数以反映一阶横向剪切变形,具有简明的表达式,适于建立功能梯度板的热屈曲分析模型。本文假设功能梯度材料沿板厚方向的分布为幂函数,采用混合定律和Mori-Tanaka方法计算功能梯度板的均质化等效力学性能。基于Mindlin板理论和von Karman应变-位移关系导出功能梯度板的非线性静力平衡方程,采用3结点三角形MIN3单元建立功能梯度板热屈曲的有限元模型,并分析了典型功能梯度板的热屈曲稳定性和热后屈曲变形。陶瓷-金属功能梯度板的数值计算结果表明:材料分布幂指数越大,即组份中陶瓷体积含量越少、金属体积含量越多,则陶瓷-金属功能梯度板的屈曲温度越低,且热后屈曲变形越大。这与陶瓷的弹性模量比金属的弹性模量大,但金属的热膨胀系数比陶瓷高有关;固支功能梯度板的热屈曲变形幅值比简支功能梯度板的热屈曲变形幅值低,但偏差量随着材料分布幂指数的增大略微降低。 展开更多
关键词 功能梯度材料 MINDLIN板理论 热屈曲 横向剪切变形 有限单元法
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将薄板矩形单元扩展为厚薄板通用单元的一般方法 被引量:5
8
作者 龙志飞 王海霞 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2000年第4期37-43,共7页
本文提出将已有的薄板矩形单元扩展为无剪切闭锁现象的厚薄板通用单元的一般方法。对于薄板极限情况,这种厚薄板通用单元自动退化为原有的薄板单元,完全无剪切闭锁现象发生。应用此法构造的两个厚薄板通用矩形单元ADS1和ADS2... 本文提出将已有的薄板矩形单元扩展为无剪切闭锁现象的厚薄板通用单元的一般方法。对于薄板极限情况,这种厚薄板通用单元自动退化为原有的薄板单元,完全无剪切闭锁现象发生。应用此法构造的两个厚薄板通用矩形单元ADS1和ADS2自由度少,只含有角点挠度和转角,推导简明并具有一般性,能够通过分片检验。数值算例表明这两个单元对薄板和厚板都具有较高的精度,适用于实际工程计算。 展开更多
关键词 有限元 平板弯曲 厚薄板 矩形单元
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增补挠度场和剪应变场的厚薄板三角形广义协调元 被引量:2
9
作者 龙志飞 刘志海 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2002年第5期41-47,共7页
本文提出将薄板三角形单元扩展为厚薄板通用单元的一般方法。对于薄板极限情况,这种厚薄板通用单元自动退化为原有的薄板单元,完全无剪切闭锁现象发生。应用此法构造的厚薄板通用三角形单元GCLLM-T9自由度少,推导简明并具有通用性,... 本文提出将薄板三角形单元扩展为厚薄板通用单元的一般方法。对于薄板极限情况,这种厚薄板通用单元自动退化为原有的薄板单元,完全无剪切闭锁现象发生。应用此法构造的厚薄板通用三角形单元GCLLM-T9自由度少,推导简明并具有通用性,能够通过分片检验。数值算例表明单元GCLLM-T9对薄板和厚板都具有较高的精度,适用于实际工程计算。 展开更多
关键词 增补挠度场 剪应变场 厚薄板 三角形广义协调元 有限元 平板弯曲 剪切闭锁
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一种考虑剪切变形的平行四边形厚/薄板通用单元 被引量:1
10
作者 夏桂云 曾庆元 +2 位作者 李传习 张建仁 颜东煌 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第4期136-141,共6页
根据Timoshenko二广义位移梁理论 ,构造了深梁位移场的插值函数。利用斜坐标系与直角坐标系的变换关系、有限条带思想和深梁位移插值函数 ,构造了一种考虑剪切变形的平行四边形厚 薄板弯曲通用单元的位移 (曲率、剪应变、转角、横向位... 根据Timoshenko二广义位移梁理论 ,构造了深梁位移场的插值函数。利用斜坐标系与直角坐标系的变换关系、有限条带思想和深梁位移插值函数 ,构造了一种考虑剪切变形的平行四边形厚 薄板弯曲通用单元的位移 (曲率、剪应变、转角、横向位移 )插值函数 ,导出了刚度矩阵和非结点荷载等效力。并对简支 固支方板、Razzaque斜板、四边简支斜交板弯曲进行了数值计算。算例表明此单元有较好的精度 ,对于薄板不出现剪切闭锁 。 展开更多
关键词 剪切变形 平行四边形通用单元 有限条带 剪切闭锁 斜板桥结构 插值函数 坐标变换
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基于广义协调条件的通用矩形平板壳元 被引量:2
11
作者 龙志飞 刘学林 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期67-70,共4页
构造了一种新的厚壳和薄壳通用的矩形平板壳元GCTTRS24.其膜元部分采用具有旋转自由度的广义协调矩形膜元GR12,弯曲部分采用增补挠度场和剪应变场的厚板和薄板通用矩形单元ADS1.算例表明,此种单元列式简单、精度高、效率高、收敛性好.
关键词 广义协调 壳元 平板 薄壳 挠度 旋转自由度 单元 矩形 收敛性 算例
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完全无闭锁的厚板矩形单元 被引量:20
12
作者 龙志飞 《工程力学》 EI CSCD 1992年第1期88-93,共6页
本文提出将已有的优质薄板矩形单元扩展为无闭锁现象的厚薄板通用的优质单元的一般方法。对于薄板极限情况,这种厚薄板通用单元自动退化为原来的薄板单元,彻底地消除了剪切闭锁现象。应用此法构造出两种厚薄板通用矩形单元LFR1和LFR2。... 本文提出将已有的优质薄板矩形单元扩展为无闭锁现象的厚薄板通用的优质单元的一般方法。对于薄板极限情况,这种厚薄板通用单元自动退化为原来的薄板单元,彻底地消除了剪切闭锁现象。应用此法构造出两种厚薄板通用矩形单元LFR1和LFR2。这些单元的自由度少,只含常规的角点挠度和转角,推导方法简易,并具有一般性,能够通过分片检验。数值算例表明这些单元对薄、厚板都具有很高的精度,适用于实际工程计算。 展开更多
关键词 有限元 厚板 剪切闭锁
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增补转角场和剪应变场的厚薄板通用矩形单元 被引量:2
13
作者 龙志飞 王海霞 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第1期77-81,共5页
提出了建立厚薄板弯曲单元的新方法 ,它是利用已有优质薄板单元模式 ,并增补厚板单元的剪应变场和转角场的方式得到厚薄板弯曲通用单元 .采用此方法导出的 3个 ( 1 2个自由度 )厚薄板通用矩形元具有良好的计算精度和收敛性 ,且不产生剪... 提出了建立厚薄板弯曲单元的新方法 ,它是利用已有优质薄板单元模式 ,并增补厚板单元的剪应变场和转角场的方式得到厚薄板弯曲通用单元 .采用此方法导出的 3个 ( 1 2个自由度 )厚薄板通用矩形元具有良好的计算精度和收敛性 ,且不产生剪切闭锁现象 . 展开更多
关键词 有限元 厚薄板弯曲 剪切闭锁 增补转角场 剪应变场
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基于有限条带的厚/薄板矩形通用单元 被引量:1
14
作者 夏桂云 曾庆元 +1 位作者 李传习 张建仁 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2004年第6期51-55,共5页
基于两广义位移梁理论,利用解析试函数来建立厚/薄梁单元的横向位移、转角位移、曲率、剪应变等位移模式,构造出厚/薄梁通用单元.应用有限条带,将厚/薄梁单元的位移模式应用于厚/薄板矩形弯曲单元,直接构造出单元的横向位移、转角、曲... 基于两广义位移梁理论,利用解析试函数来建立厚/薄梁单元的横向位移、转角位移、曲率、剪应变等位移模式,构造出厚/薄梁通用单元.应用有限条带,将厚/薄梁单元的位移模式应用于厚/薄板矩形弯曲单元,直接构造出单元的横向位移、转角、曲率、剪应变,导出了单元的刚度矩阵和结点等效力,编制了计算程序,进行了数值计算和比较,结果表明,所研究的单元不出现剪切闭锁且精度较好. 展开更多
关键词 厚/薄 有限条带 通用矩形单元 剪切闭锁 板结构 土木工程 偏微分方程
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基于面积坐标和解析试函数的薄板元 被引量:1
15
作者 王丽 赵玉明 +2 位作者 龙志飞 魏佳 卢玉林 《计算机辅助工程》 2014年第3期65-68,77,共5页
为体现离散法与解析法的互补和渗透,构造基于第二类四边形面积坐标的广义协调薄板元AATF-BQ4;根据薄板理论的控制方程,采用Kirchhoff直法线假设求解基本解析解,并作为试函数构造单元AATF-BQ4.数值算例表明,单元AATF-BQ4具有较高的精度... 为体现离散法与解析法的互补和渗透,构造基于第二类四边形面积坐标的广义协调薄板元AATF-BQ4;根据薄板理论的控制方程,采用Kirchhoff直法线假设求解基本解析解,并作为试函数构造单元AATF-BQ4.数值算例表明,单元AATF-BQ4具有较高的精度和较好的稳定性,适用于实际工程计算应用. 展开更多
关键词 薄板元 有限元 试函数 四边形面积坐标系
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样条无单元法在厚板分析中的应用 被引量:1
16
作者 李秀梅 秦荣 张永兵 《四川建筑科学研究》 北大核心 2008年第5期4-7,共4页
根据Mindlin-Reissner厚板理论,从挠度场和截面法线转角场出发,以变分原理和3次B样条函数为基础,推导出样条无单元法分析厚板弯曲问题的具体计算格式,并编制了相应的计算程序。该方法适用于不同边界条件的厚板在各种纵向荷载作用下的弹... 根据Mindlin-Reissner厚板理论,从挠度场和截面法线转角场出发,以变分原理和3次B样条函数为基础,推导出样条无单元法分析厚板弯曲问题的具体计算格式,并编制了相应的计算程序。该方法适用于不同边界条件的厚板在各种纵向荷载作用下的弹性弯曲分析。计算结果表明,本文方法适应性强、精度较高,用较少的结点离散就能获得较好的结果,而且无明显的剪切闭锁现象,满足工程中板分析的精度要求。 展开更多
关键词 厚/薄板 样条函数 无单元法 剪切闭锁 变分原理
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复合材料层合板的摄动随机Cell-Based光滑有限元
17
作者 周立明 孟广伟 +2 位作者 李鹏 李锋 李霄琳 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期419-424,共6页
随机性是实际工程结构的固有特性,如何更真实地描述含随机参数结构的随机响应及统计特性,对工程结构的可靠性设计具有非常重要的意义。本文基于Cell-Based光滑有限元,采用四边形单元,推导了基于一阶剪切变形理论的复合材料层合板的光滑... 随机性是实际工程结构的固有特性,如何更真实地描述含随机参数结构的随机响应及统计特性,对工程结构的可靠性设计具有非常重要的意义。本文基于Cell-Based光滑有限元,采用四边形单元,推导了基于一阶剪切变形理论的复合材料层合板的光滑有限元公式,降低了网格划分要求,适应不规则网格,并采用离散剪切间隙有效地消除了剪切自锁;结合摄动法和随机场理论,导出了复合材料层合板的摄动随机光滑有限元平衡方程,并给出了结构随机响应数字特征的计算公式,求解了材料属性含随机性的复合材料层合板的随机响应问题,数值算例结果表明了本方法的有效性和准确性。 展开更多
关键词 摄动随机Cell-Based光滑有限元 剪切自锁 高斯随机场 复合材料层合板
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16自由度的中厚板弯曲矩形单元
18
作者 夏桂云 曾庆元 李传习 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期640-644,共5页
基于有限条带思想,引入结点扭率自由度,利用深梁单元的位移模式建立了一个4结点16自由度中厚板弯曲高阶单元,此单元是薄板单元BFS-16的推广形式,其特点是单元的横向位移、转角位移、剪应变位移模式直接构造,在边界上位移模式与深梁单元... 基于有限条带思想,引入结点扭率自由度,利用深梁单元的位移模式建立了一个4结点16自由度中厚板弯曲高阶单元,此单元是薄板单元BFS-16的推广形式,其特点是单元的横向位移、转角位移、剪应变位移模式直接构造,在边界上位移模式与深梁单元一致,方便与梁单元叠加,适应于带加劲肋的板弯曲问题分析,用于薄壁结构时可考虑翘曲。实例计算显示,此单元精度高,计算稳定,收敛快,无剪切闭锁现象,能较好地反映中厚板的边界效应。 展开更多
关键词 有限元 中厚板 高阶单元 无剪切闭锁
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基于物理中面FGM中厚板自由振动的有限元分析
19
作者 孙云 李世荣 俞剑俊 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2018年第2期350-358,共9页
基于物理中面和一阶剪切变形板理论,研究了不同边界条件下功能梯度材料(FGM)中厚板的自由振动问题.假设功能梯度板的材料性质沿厚度方向按幂函数规律连续变化.根据哈密顿原理建立了FGM板有限元形式的自由振动方程,利用MATLAB软件编写程... 基于物理中面和一阶剪切变形板理论,研究了不同边界条件下功能梯度材料(FGM)中厚板的自由振动问题.假设功能梯度板的材料性质沿厚度方向按幂函数规律连续变化.根据哈密顿原理建立了FGM板有限元形式的自由振动方程,利用MATLAB软件编写程序进行了计算.通过数值算例,讨论了不同边界条件下FGM中厚板的无量纲频率随材料梯度指数和厚宽比的变化情况,并与经典板理论下的频率进行了比较. 展开更多
关键词 物理中面 有限元法 功能梯度材料 自由振动 一阶剪切变形板理论
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一个有效的厚薄板通用COONS曲面矩形元 被引量:1
20
作者 王宏凯 郑照北 《工程力学》 EI CSCD 1992年第1期134-140,共7页
本文采用板壳有限元Coons曲面法和挠度位移与转角位移导数相关构造法构造出一个有效的厚薄板通用矩形单元,并直接给出位移场形函数;其推导简单易行,灵活多样,几何意义直观,力学概念清晰,并具有一般性。在薄板极限情况下,本文厚薄板通用... 本文采用板壳有限元Coons曲面法和挠度位移与转角位移导数相关构造法构造出一个有效的厚薄板通用矩形单元,并直接给出位移场形函数;其推导简单易行,灵活多样,几何意义直观,力学概念清晰,并具有一般性。在薄板极限情况下,本文厚薄板通用单元自动退化为一个性能良好的薄板Coons曲面矩形元,不出现剪切闭锁现象。数值计算表明:本文构造的厚薄板通用单元具有较高的计算精度和良好的收敛性。 展开更多
关键词 有限元 Coons曲面法 薄板元 厚板元
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