[发明专利]航空航天薄壁壳体建模的五面体六节点体壳单元构造方法

摘要

本发明公开了航空航天薄壁壳体建模的五面体六节点体壳单元构造方法：基于已有的面内最优三角板壳单元刚阵和面外弯曲刚阵，提出一种三角板壳单元节点自由度的模态位移变换方法，形成一种高性能的五面体六节点体壳单元。本发明构造的单元完全达到与常规三角板壳单元在面尺度上的剖分效率，不仅构造简单，且很好解决了厚度方向的梯度锁死问题，与六面体八节点体壳单元一起，形成一类既能达到板壳单元建模效率、又能提供仅有节点平动自由度的薄壁结构有限元数值建模基础工具，为工程薄壁结构的有限元数值建模提供了一种简捷实用、效率高且边界适应性强的技术途径。

主权项

1.一种高性能五面体六节点体壳单元的新型构造方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)将薄壁结构离散为若干个五面体六节点体壳单元，每个节点仅包含三个坐标轴方向的平动自由度，则一个单元中共包含18个节点位移自由度，基于单元变形模态的线性叠加原理，可通过18个不同变形模态的线性叠加来刻画单元受载时的所有变形可能；/n2)计算五面体六节点体壳单元的几何中面，并建立与变形模态相关的单元局部坐标系，以区分五面体六节点体壳单元的面内及面外变形；/n3)利用三角板壳单元变形模态与五面体六节点体壳单元变形模态之间的对应关系，通过对三角板壳单元的节点自由度进行转换处理，以优异性能的三角板壳单元面内刚阵及面外弯曲刚阵来构造五面体六节点体壳单元面内、面外变形的模态位移向量及相应的模态载荷向量；/n4)基于线性有限单元法中节点位移与等效节点载荷之间的关系，由所得的五面体六节点体壳单元的面内、面外模态位移向量和相应的模态载荷向量来计算五面体六节点体壳单元的刚度矩阵，对所述单元刚度矩阵进行处理，使其在五面体六节点体壳单元发生翘曲时仍能保持对称形式。/n