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发表于 2007-7-9 20:14:26
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来自 新加坡
1楼提到的问题是用flat plate element解决折叠板和曲面壳时不容忽视的一个问题。
首先做曲面壳的问题,最好是用曲面壳单元。因为平板壳不好解决夹角问题。
在用平板壳单元做折叠板和曲面壳(曲率较缓)时,相连单元基本共面,2楼提到的方法其实原则上是形成平板壳的刚度矩阵时必须要考虑的。增加虚拟扭转刚度是合理的,其实相当于在单元的相交线上加了弹簧单元,但它的刚度不能为零,而且取多大是关键(可参考bathe的finite element procedures一书,有段文字解释讲的言简意赅。96版的在208~209页)。不知道你所说得”我尝试了面内z向转角刚度取很大或很小值“中的”很大或很小值“是多大,bathe推荐的是刚度矩阵最小对角单元的1/1000左右。相信读了之后会有启发的。
如果做explicit dynamics分析,一般要采用足够小的时间步以满足explicit算法数值上条件稳定的要求,也就意味着同样长一段时间里面要用更多的时间步(也即对一个积分点要循环更多次),这样以来4结点壳单元比高阶单元更有竞争力。关于4结点壳单元,这篇文章你可能会有兴趣。
T.J.R. Hughes, R.L. Taylor and W. Kanoknukulchai, " A simple and efficient finite element for plate bending", International Journal for Numerical methods in Engineering, 11, 1529-1547, 1977
但是这种单元有2个零能模态,如果在explicit dynamics里面用,需要必要的hourglass control,关于这个可参考belytschko的文章或书籍。通过这样的完善措施之后,它在通用的商业有限元(abaqus)中才得以广泛的应用。
有一点值得注意的是,有的程序可能对这种4结点单元使用uniformly reduced integration,那么只有平面内一个高斯积分点,所以在变形或应力梯度大的地方需要多划分几个单元。
另一方面,由于中间结点的存在,高阶壳单元可以很好地模拟曲面壳的问题,还因为它可定义双向曲率。但在使用前要确定问题不包括刚体模态的运动,由于弯曲和膜应力的组合使得它不好满足此时应变能为零的要求。
至于4楼提到的“If more integration points are chosen, the element becomes more stiff, especially for the non-coplanar problem.“ 这里,十之有八九是由于厚度问题引起的:用厚壳单元模拟薄板或壳问题,会出现剪切锁闭的问题。在厚壳单元的刚度矩阵数值积分过程中,积分点的数量从另一方面等价于施加”kirchhhoff constraints“的数量,所以用的越多变形越刚。 |
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