四节点二十四自由度平板壳单元几何刚度矩阵显式解析式的推演算法研究

摘要：

几何刚度矩阵的推演是结构几何非线性有限元分析的重点和难点之一。推导几何刚度矩阵显式解析表达式成为简化非线性有限元列式，提高分析效率的关键。本文在协同转动法框架下，基于刚体运动法则对四节点二十四自由度的平板壳单元几何刚度矩阵显式解析式进行了推导和讨论；分析了悬臂梁大转动、不同壁厚条件下简支圆柱形屋顶空间大变位两个经典算例。研究结果表明：（1）几何刚度矩阵的显式计算公式不仅为板壳结构几何非线性列式提供了方便而且具有良好的精度；（2）推导的几何刚度矩阵适用于各类型四边形二十四自由度平板壳单元模型；（3）与数值积分相比，采用解析形式的几何刚度矩阵可以显著提高非线性响应计算效率。

关键词：四边形平板壳元、几何刚度矩阵、刚体运动法则、几何非线性、解析表达式

分类号：TU311.4;TU33(建筑结构)

资助基金：国家自然科学基金51108460；中国博士后科学基金2012M511759面上资助项目．

在线出版日期：2014-01-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：796-801,814