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基于向量式混合质点单元薄壳非线性分析方法的膜材褶皱形变模拟研究(英文)

发布时间:2018-12-10 16:55
【摘要】:研究目的:建立一种适用于理想膜结构可进行高精度褶皱形变模拟的稳定可靠的数值分析技术及方法。创新要点:根据薄壳理论,在向量式混合质点单元方法(VFPEM)薄膜计算理论的基础上,引入弯曲内力分析模型并与其进行组合,发展了一种能够描述膜材面外变形的新型非线性薄壳计算理论,同时给出了将其应用于褶皱形变模拟的关键求解技术。研究方法:1.针对薄壳计算模型中的弯曲内力,利用移动基础架构和逆向刚体运动的概念扣除刚体转动,在只含有节点独立转动自由度的单元变形坐标系下根据虚功原理和平衡条件进行计算;2.借助于薄壳非线性屈曲模拟方法,引入合理的初始扰动作为诱发理想平面膜材中形成褶皱的有效机制;3.采用拟动力显式数值积分技术求解质点运动方程,通过追踪质点平衡位置来获得稳态的褶皱构形。重要结论:采用本文模型和方法可以模拟薄膜结构在面内荷载作用下褶皱的分布模式、具体构形信息及应力状态,计算过程不存在收敛性困难,结果准确。
[Abstract]:Objective: to establish a stable and reliable numerical analysis method which can be used to simulate high precision folding deformation of ideal membrane structure. Innovation points: based on the theory of thin shell and (VFPEM) film calculation theory of vector mixed particle element method, the bending internal force analysis model is introduced and combined with it. In this paper, a new nonlinear thin shell theory is developed to describe the out-of-plane deformation of membrane material, and the key solution technique for the simulation of fold deformation is given. Methods: 1. For the bending internal force in the thin shell calculation model, the concept of moving infrastructure and inverse rigid body motion is used to deduct rigid body rotation. Based on the principle of virtual work and equilibrium condition, the element deformation coordinate system with only independent rotational degrees of freedom of nodes is calculated. 2. By means of nonlinear buckling simulation of thin shell, reasonable initial disturbance is introduced as an effective mechanism to induce fold formation in ideal planar membrane material. The quasi dynamic explicit numerical integration technique is used to solve the equation of motion of a particle and the steady state fold configuration is obtained by tracing the equilibrium position of the particle. Important conclusion: the model and method in this paper can be used to simulate the distribution pattern of fold under in-plane load, the specific configuration information and stress state. The calculation process is not difficult to converge, and the results are accurate.
【作者单位】: Space
【基金】:Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.51025858 and 51178415)
【分类号】:TU33;TU383

【共引文献】

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本文编号:2370907

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