四节点矩形弹簧元及其特性研究
Study of four-node rectangular spring element and its properties
查看参考文献17篇
|
文摘
|
弹簧元法是一种将单元离散为一系列弹簧的数值计算方法。不同的单元具有不同的离散方式,确定相应的离散弹簧的刚度系数表达式是弹簧元法的关键。将四节点矩形单元离散为6个基本弹簧,每个基本弹簧包括法向弹簧和切向弹簧两个派生弹簧,并用泊松弹簧和纯剪弹簧描述单元的泊松效应和剪切效应,用有限元的单元刚度矩阵标定各弹簧的刚度系数,实现了一种四节点矩形弹簧元的构造形式。该单元的同类弹簧具有相同的表达形式。法向与切向弹簧的刚度表达式中分别含有法向和切向弹簧刚度待定系数。通过改变待定系数的值可使该单元分别对应于有限元的常应变、双线性及Wilson非协调单元。将上述弹簧元方法进行理论推导,并应用于基于连续介质的离散单元法(CDEM)的核心计算进行简单算例验证,证明了提出方法的正确性。通过以上研究发现,四节点矩形弹簧元有以下特点:对于相同问题,不同单元有不同的计算精度;对于梁弯曲问题,应用该单元可显著提高离散单元法的求解精度;改变待定系数的值,可得到更高或者更低精度的单元。 |
|
其他语种文摘
|
The spring element method (SEM) is a numerical method that uses a spring system to describe an element. Different elements can be described as different spring systems; and the definition of the spring stiffness expressions in the systems is the key point of the spring element method. The four-node rectangular element is described by 6 basic springs, each of which contains two derived springs: normal spring and tangential spring. Poisson spring and pure shear spring are used to describe Poisson and shear effects of the element. Thus a four-node rectangular spring element is presented. Compared with the element stiffness matrix of finite element method, the stiffness expression of each spring is obtained. Springs of the same kind have the same expressions. The stiffness expressions of the normal and tangential springs have corresponding coefficients to be decided. By varying the coefficients in the stiffness expressions of springs, expressions of constant strain, bilinear or Wilson incompatible finite element are achieved by this element. The accuracy of the SEM is verified by theoretical derivation; and this method is applied to the continuum-based discrete element method (CDEM) for case verification. The features of the four-node rectangular spring element are as follows. Different accuracies can be found in different elements. This element can significantly improve the accuracy of the bending problem of beam. Elements with different accuracies can be achieved by using different coefficients. |
|
来源
|
岩土力学
,2012,33(11):3497-3502 【核心库】
|
|
关键词
|
四节点矩形单元
;
弹簧元法
;
有限元法
;
弹簧刚度
|
|
地址
|
中国科学院力学研究所, 北京, 100190
|
|
语种
|
中文 |
|
ISSN
|
1000-7598 |
|
学科
|
数学 |
|
基金
|
国家973计划
;
国家自然科学基金
|
|
文献收藏号
|
CSCD:4666537
|
参考文献 共
17
共1页
|
|
1.
方建瑞. 三维边坡稳定弹塑性有限元分析与评价.
岩土力学,2008,29(10):2667-2672
|
CSCD被引
8
次
|
|
|
|
|
2.
戴自航. 考虑张拉与剪切破坏的土坡稳定数值分析.
岩石力学与工程学报,2008,27(2):375-382
|
CSCD被引
19
次
|
|
|
|
|
3.
周健. 静力触探试验的离散元数值模拟研究.
岩土工程学报,2007,29(11):1604-1610
|
CSCD被引
11
次
|
|
|
|
|
4.
王桂萱. 颗粒材料力学性质的离散元数值模拟.
大连大学学报,2007,28(6):27-31
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
5.
刘晓宇. 三维链网模型及其参数标定.
中国科学(A辑),2002,32(10):887-894
|
CSCD被引
2
次
|
|
|
|
|
6.
Gusev A A. Finite element mapping for spring network representations of the mechanics of solids.
Physical Review Letter,2004,93(3):1-4
|
CSCD被引
12
次
|
|
|
|
|
7.
Li Shihai. A continuum-based discrete element method for continuous deformation and failure process.
WCCM VI in Conjunction with APCOM'04,2004
|
CSCD被引
4
次
|
|
|
|
|
8.
魏怀鹏. 基于连续介质模型的离散元方法中弹簧性质研究.
岩石力学与工程学报,2006,25(6):1159-1169
|
CSCD被引
10
次
|
|
|
|
|
9.
田振农. 三维块体离散元可变形计算方法研究.
岩石力学与工程学报,2008,27(增刊1):2832-2840
|
CSCD被引
7
次
|
|
|
|
|
10.
张冲. 三维简单变形体离散元方法.
岩土工程学报,2007,29(2):159-163
|
CSCD被引
4
次
|
|
|
|
|
11.
金峰. 考虑弹塑性本构的三维模态变形体离散元方法断裂模拟.
工程力学,2011,28(5):1-7
|
CSCD被引
5
次
|
|
|
|
|
12.
方明霁. 基于多弹簧模型的空间梁柱单元（Ⅰ）：理论模型.
计算力学学报,2008,25(1):129-133
|
CSCD被引
3
次
|
|
|
|
|
13.
李国强. 基于多弹簧模型的空间梁柱单元（Ⅱ）：参数分析.
计算力学学报,2008,25(1):134-138
|
CSCD被引
2
次
|
|
|
|
|
14.
冯春. 基于连续介质力学的块体单元离散弹簧法研究.
岩石力学与工程学报,2010,29(增刊1):2690-2705
|
CSCD被引
12
次
|
|
|
|
|
15.
Li Shihai. A spring system equivalent to continuum model.
Discrete Element Methods, Simulation of Discontinua:Theory and Applications,2010:75-85
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
16.
王勖成.
有限单元法基本原理和数值方法,1996
|
CSCD被引
53
次
|
|
|
|
|
17.
任钧国. 低阶高精度单元的发展.
国防科技大学学报,1998,20(4):109-114
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
了解气象卫星更多信息，请访问