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专利号: 2022112294833
申请人: 盐城工业职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种块体结构可变节点悬挂单元网格有限元模型,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,通过变节点单元建立块体结构的悬挂单元网格有限元模型;

步骤二,根据变节点单元的节点分布逐一计算所有节点对单元柔度矩阵的贡献矩阵;

步骤三,根据自由度指示数组,逐一计算所有单元对块体结构整体柔度矩阵的贡献矩阵;

步骤四,建立块体结构整体柔度矩阵与外部作用荷载之间的关系,并形成有限元求解方程;

步骤五,计算块体结构中所有变节点单元的单元应力;

步骤六,通过乘子法计算块体结构中所有变节点单元所有节点的节点位移;

所述步骤一中:

1)变节点是指二维单元及三维单元的节点数量不确定,可以任意添加节点数量和减少节点数量;

2)所述变节点单元分为二维四边形单元、三角形单元及三维六面体单元;

所述二维四边形单元和三角形单元的节点分布在单元边界的中间位置,所述变节点是在单元的边界上随意增加节点数量和分布;

所述三维六面体单元的节点分布在单元六个面的中心位置,所述变节点是在单元的边界面内随意增加节点数量和分布;

3)所述悬挂单元网格有限元模型是指通过二维单元的密网格的节点连接二维单元疏网格的节点、通过三维单元的密网格的节点连接三维单元疏网格的节点;

4)疏密网格交界面的悬挂位置左右两侧的单元节点为固有节点,不需要额外添加节点数量和确定节点分布位置;

所述步骤二中:

二维变节点单元的节点对单元柔度矩阵的贡献矩阵表达式为2×2的矩阵:三维变节点单元的节点对单元柔度矩阵的贡献矩阵表达式为3×3的矩阵:其中,λij为节点i对节点j的柔度贡献矩阵,γi为节点的坐标向量,γma(m=i,j;a=x,y,z)为i点和j点的坐标向量在x,y,z方向上的分量,E为弹性模量,ν为泊松比,V为三维单元的体积,A为二维单元的面积。

2.根据权利要求1所述的块体结构可变节点悬挂单元网格有限元模型,其特征在于,所述步骤一中,变节点单元的疏密网格交界面处增加节点的方法如下:所述变节点单元是分段建立不同尺寸的疏密单元模型,并在疏密单元交界面位置处的疏网格中映射密网格的节点分布,即在疏网格的相同位置增加单元节点。

3.根据权利要求2所述的块体结构可变节点悬挂单元网格有限元模型,其特征在于,所述步骤四中,块体结构整体柔度矩阵与外部作用荷载之间的关系为:X=A/B     (3)

其中,X为节点上的力和乘子,A为块体结构的整体柔度矩阵和乘子矩阵组成的系数项矩阵,B为块体结构的外荷载矩阵。

4.根据权利要求3所述的块体结构可变节点悬挂单元网格有限元模型,其特征在于,所述步骤五中,变节点单元的单元应力表达式为:其中,x为力和乘子X中的节点力元素。

5.根据权利要求4所述的块体结构可变节点悬挂单元网格有限元模型,其特征在于,所述步骤六中,二维变节点单元的节点位移表达式为:

三维变节点单元的节点位移表达式为:

其中,是δα是节点的位移矢量,δx是节点位移在x方向的分量,δy节点位移在y方向的分量,δz节点位移在z方向的分量;λixjx是节点的柔度矩阵,二维单元可通过式(1)获得,三维单jx jy jz元可通过式(2)获得;κ1,κ2,ψ是拉格朗日乘子;X ,X ,X 是节点上的力,可通过式(3)获得。