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ANCF/CRBF平面梁闭锁问题及闭锁缓解研究
被引量：
5
1
作者
张大羽
罗建军
+1 位作者
王辉
马小飞
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第3期874-889,共16页
本文系统地研究了基于一致旋转场列式的绝对节点坐标(ANCF consistent rotation-based formulation,ANCF/CRBF)平面梁单元的泊松闭锁问题及闭锁缓解技术.为了全面理解该类型单元的闭锁特性及明确单元的应用范围,文中首先开发了两种新的A...
本文系统地研究了基于一致旋转场列式的绝对节点坐标(ANCF consistent rotation-based formulation,ANCF/CRBF)平面梁单元的泊松闭锁问题及闭锁缓解技术.为了全面理解该类型单元的闭锁特性及明确单元的应用范围,文中首先开发了两种新的ANCF/CRBF刚性截面梁单元,新单元在ANCF全参数梁的基础上,对梯度向量施加正交矩阵约束,得到梯度与转角对时间导数之间的速度转换矩阵,从而引入转角参数.新单元节点处完全消除了泊松闭锁和剪切效应,这是与传统ANCF/CRBF刚性截面梁单元的不同之处.然后,对比分析了这三种ANCF/CRBF刚性截面梁单元泊松闭锁的特点.发现该类型单元对节点的横向梯度施加了运动学约束,导致节点处截面不能变形,无法捕捉泊松效应,但是单元内部能完全捕捉,这种不连续情况会加重单元整体的泊松闭锁问题.并且发现对单元梯度约束的越多,闭锁问题越严重.随后,分别采用两种闭锁缓解技术,弹性线方法和应变分解方法,进一步研究了单元的收敛性.最终,通过多种静力学和动力学测试研究了泊松闭锁对ANCF/CRBF平面梁单元计算精度的影响及闭锁缓解技术在该类型单元上的缓解效果.
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关键词
绝对节点坐标法
一致旋转场列式
平面梁
泊松
闭锁
闭锁缓解技术
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职称材料
基于SE(3)群局部标架的5/6 Dofs CB壳单元
2
作者
张腾
刘铖
+1 位作者
张志娟
刘绍奎
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期746-761,共16页
基于李群局部标架(local frame of Lie group,LFLG)的多柔体系统动力学建模方法可自然消除刚体运动带来的几何非线性,使系统的广义弹性力、广义惯性力及其雅可比矩阵满足刚体运动的不变性.本文融合李群局部标架思想和基于连续体(continu...
基于李群局部标架(local frame of Lie group,LFLG)的多柔体系统动力学建模方法可自然消除刚体运动带来的几何非线性,使系统的广义弹性力、广义惯性力及其雅可比矩阵满足刚体运动的不变性.本文融合李群局部标架思想和基于连续体(continuum-based,CB)的壳理论,提出基于SE(3)群局部标架的5自由度(degrees of freedom,Dofs)CB壳单元.与SE(3)群局部标架下几何精确壳单元相比,该单元大大简化了插值带来的复杂性,离散应变张量自然满足客观性.同时,该单元在线性化过程中不存在有限元离散与变分操作先后顺序的问题,进一步简化了广义弹性力及其雅可比矩阵的计算.为方便处理组合体结构,在5 Dofs CB壳单元基础上,通过中面变形梯度张量的极分解建立壳单元中面运动与自转(drilling)自由度之间的关系,提出基于SE(3)群局部标架的6 Dofs CB壳单元.为提高单元收敛精度,采用Hellinger-Reissner两场变分原理缓解单元面内闭锁,采用假设自然应变(assumed natural strain,ANS)法缓解横向剪切闭锁.通过5个静力学算例验证了CB壳单元的收敛精度,通过一个动力学算例验证了CB壳单元可消除刚体运动带来的几何非线性.
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关键词
李群局部标架
SE(3)群
几何非线性
CB壳理论
闭锁缓解技术
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职称材料
题名
ANCF/CRBF平面梁闭锁问题及闭锁缓解研究
被引量：
5
1
作者
张大羽
罗建军
王辉
马小飞
机构
中国空间技术研究院西安分院
西北工业大学航天学院
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第3期874-889,共16页
基金
中国博士后科学基金(2020M683601)
国家自然科学基金(61690210,61690211,U1537213)资助项目。
文摘
本文系统地研究了基于一致旋转场列式的绝对节点坐标(ANCF consistent rotation-based formulation,ANCF/CRBF)平面梁单元的泊松闭锁问题及闭锁缓解技术.为了全面理解该类型单元的闭锁特性及明确单元的应用范围,文中首先开发了两种新的ANCF/CRBF刚性截面梁单元,新单元在ANCF全参数梁的基础上,对梯度向量施加正交矩阵约束,得到梯度与转角对时间导数之间的速度转换矩阵,从而引入转角参数.新单元节点处完全消除了泊松闭锁和剪切效应,这是与传统ANCF/CRBF刚性截面梁单元的不同之处.然后,对比分析了这三种ANCF/CRBF刚性截面梁单元泊松闭锁的特点.发现该类型单元对节点的横向梯度施加了运动学约束,导致节点处截面不能变形,无法捕捉泊松效应,但是单元内部能完全捕捉,这种不连续情况会加重单元整体的泊松闭锁问题.并且发现对单元梯度约束的越多,闭锁问题越严重.随后,分别采用两种闭锁缓解技术,弹性线方法和应变分解方法,进一步研究了单元的收敛性.最终,通过多种静力学和动力学测试研究了泊松闭锁对ANCF/CRBF平面梁单元计算精度的影响及闭锁缓解技术在该类型单元上的缓解效果.
关键词
绝对节点坐标法
一致旋转场列式
平面梁
泊松
闭锁
闭锁缓解技术
Keywords
absolute nodal coordinate formulation
consistent rotation-based formulation
planar beam
Poisson locking
locking alleviation
分类号
O313.7 [理学—一般力学与力学基础]
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职称材料
题名
基于SE(3)群局部标架的5/6 Dofs CB壳单元
2
作者
张腾
刘铖
张志娟
刘绍奎
机构
北京理工大学宇航学院
中物院高性能数值模拟软件中心
北京应用物理与计算数学研究所
北京空间飞行器总体设计部
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期746-761,共16页
基金
国家自然科学基金资助项目(12072026,11832005)。
文摘
基于李群局部标架(local frame of Lie group,LFLG)的多柔体系统动力学建模方法可自然消除刚体运动带来的几何非线性,使系统的广义弹性力、广义惯性力及其雅可比矩阵满足刚体运动的不变性.本文融合李群局部标架思想和基于连续体(continuum-based,CB)的壳理论,提出基于SE(3)群局部标架的5自由度(degrees of freedom,Dofs)CB壳单元.与SE(3)群局部标架下几何精确壳单元相比,该单元大大简化了插值带来的复杂性,离散应变张量自然满足客观性.同时,该单元在线性化过程中不存在有限元离散与变分操作先后顺序的问题,进一步简化了广义弹性力及其雅可比矩阵的计算.为方便处理组合体结构,在5 Dofs CB壳单元基础上,通过中面变形梯度张量的极分解建立壳单元中面运动与自转(drilling)自由度之间的关系,提出基于SE(3)群局部标架的6 Dofs CB壳单元.为提高单元收敛精度,采用Hellinger-Reissner两场变分原理缓解单元面内闭锁,采用假设自然应变(assumed natural strain,ANS)法缓解横向剪切闭锁.通过5个静力学算例验证了CB壳单元的收敛精度,通过一个动力学算例验证了CB壳单元可消除刚体运动带来的几何非线性.
关键词
李群局部标架
SE(3)群
几何非线性
CB壳理论
闭锁缓解技术
Keywords
local frame of Lie group
SE(3)group
geometric nonlinearity
CB shell theory
locking alleviation techniques
分类号
O313.7 [理学—一般力学与力学基础]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
ANCF/CRBF平面梁闭锁问题及闭锁缓解研究
张大羽
罗建军
王辉
马小飞
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021
5
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
基于SE(3)群局部标架的5/6 Dofs CB壳单元
张腾
刘铖
张志娟
刘绍奎
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
0
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职称材料
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