×

用Carrera统一公式进行三维直梁式结构的等几何分析。 (英语) Zbl 1481.74471号

摘要:本文应用基于统一一维(1D)模型的等几何分析(IGA)方法研究金属和叠层复合材料直梁结构的静态、自由振动和动态响应。通过采用Carrera统一公式(CUF),将三维位移场扩展为横截面上的一维广义位移未知数。局部采用二维分层勒让德展开(HLE)对截面运动学进行精细化。相比之下,B样条函数用于逼近一维广义位移未知数,满足单元间高阶连续性的要求。因此,可以使用虚功原理导出基于IGA的弱形式控制方程,并用与束流理论的类别和阶数无关的基本核表示。为了解决所提方法的增强能力,进行了几次几何线性分析,该方法在检测剪切应力、高阶模态和应力波传播问题方面表现突出。此外,与三维有限元方法(FEM)和基于FEM的CUF-HLE方法相比,基于IGA的CUF-HLE方法可以捕获类似于三维的行为,且计算成本更低。

MSC公司:

74K10型 杆(梁、柱、轴、拱、环等)
65N30型 含偏微分方程边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法

软件:

FEAPpv公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Oldfather,W.A。;埃利斯,C.A。;Brown,D.M.,Leonhard Euler的弹性曲线,Isis,20,1,72-160(1933)·Zbl 0007.38801号
[2] Timoshenko,S.P.,《关于棱柱杆横向振动微分方程的剪切修正》,《哲学》。杂志社。,41, 245, 744-746 (1921)
[3] 齐恩基维茨,O.C。;Taylor,R.L.,《固体和结构力学的有限元方法》(2005),Elsevier·Zbl 1084.74001号
[4] Boley,B.A.,《关于变截面梁的Bernoulli-Euler理论的准确性》,J.Appl。机械。,30, 3, 373-378 (1963) ·兹比尔0127.40501
[5] 戴维斯,R。;Henshell,R.D。;Warburton,G.B.,Timoshenko梁单元,J.Sound Vib。,1972年4月22日至47日
[6] 托马斯·D·L。;Wilson,J.M。;Wilson,R.R.,Timoshenko梁有限元,J.Sound Vib。,31, 3, 315-330 (1973) ·Zbl 0268.73030号
[7] 托马斯·J。;Abbas,B.A.H.,Timoshenko梁动力分析的有限元模型,J.Sound Vib。,41, 3, 291-299 (1975)
[8] Hutchinson,J.R.,梁的横向振动,精确与近似解,J.Appl。机械。,48, 4, 923-928 (1981)
[9] Tauchert,T.R.,《关于各向异性弹性板基本弯曲理论的有效性》,J.Compos。材料。,9, 2, 207-214 (1975)
[10] 戈达尼·内贾德,F。;Bert,C.W.,《厚夹层梁弯曲的新理论》,《国际力学杂志》。科学。,31, 11-12, 925-934 (1989)
[11] Levinson,M.,《新矩形梁理论》,J.Sound Vib。,74, 1, 81-87 (1981) ·Zbl 0453.73058号
[12] Stein,M.,梁和板条的三维柔性振动,J.Appl。机械。,56, 1, 228-231 (1989)
[13] 康德,T。;Manjunatha,B.S.,关于多层板横向应力的准确估算,计算。结构。,50, 3, 351-365 (1994)
[14] Khdeir,A.A。;Reddy,J.N.,具有任意边界条件的交叉层合梁的自由振动,国际工程科学杂志。,32, 12, 1971-1980 (1994) ·Zbl 0899.73264号
[15] 卡拉马,M。;Afaq,K.S。;Mistou,S.,具有横向剪应力连续性的新型多层叠层复合材料结构模型的叠层复合梁的力学行为,国际固体结构杂志。,40, 6, 1525-1546 (2003) ·Zbl 1087.74579号
[16] Sayyad,A.S。;Ghugal,Y.M.,《层压复合材料和夹层梁的弯曲、屈曲和自由振动:文献评论》,Compos。结构。,171, 486-504 (2017)
[17] 戴维斯,J.M。;Leach,P.,一阶广义梁理论,J.Constr。《钢铁研究》,31,2-3,187-220(1994)
[18] 西尔维斯特,N。;Camotim,D.,任意正交各向异性材料的二阶广义梁理论,薄壁结构。,40, 9, 791-820 (2002)
[19] Schardt,R.,广义梁理论——耦合稳定性问题的一种适当方法,薄壁结构。,1994年,第19页,第2页至第4页,第161-180页
[20] Bebiano,R。;西尔维斯特,N。;Camotim,D.,承受压缩和非均匀弯曲的薄壁构件的局部和整体振动,J.Sound Vib。,315, 3, 509-535 (2008)
[21] Bebiano,R。;卡莫蒂姆·D。;Silvestre,N.,使用广义梁理论(GBT)对薄壁构件进行动力分析,薄壁结构。,72, 188-205 (2013)
[22] El,F.R.,非均匀翘曲,包括扭转和剪切力的影响。第一部分:一般梁理论,国际固体结构杂志。,44, 18-19, 5912-5929 (2007) ·Zbl 1186.74067号
[23] Wackerfuß,J。;Gruttmann,F.,具有任意中厚横截面的空间梁的非线性Hu-Washizu变分公式和相关有限元实现,计算。方法应用。机械。工程,200,17-20,1671-1690(2011)·Zbl 1228.74042号
[24] Chen,H.H。;肖国明,薄壁z形截面梁在边界条件下的轴向扭转耦合振动,薄壁结构。,45, 6, 573-583 (2007)
[25] 费拉迪,M.K。;蜈蚣,X。;Arquier,M.,具有翘曲特征模式的高阶梁有限元,工程结构。,46, 748-762 (2013)
[26] Yoon,K。;Lee,P.S.,《不连续变化任意截面梁翘曲位移建模》,计算。结构。,131, 56-69 (2014)
[27] Volovoi,V.V。;霍奇斯,D.H。;Berdichevsky,V.L。;Sutyrin,V.G.,弹性各向异性工字梁静态行为的渐近理论,国际固体结构杂志。,36, 7, 1017-1043 (1999) ·Zbl 0965.74033号
[28] 于伟(Yu,W.)。;沃洛沃伊,V。;霍奇斯,D.H。;Hong,X.,变分渐近梁截面分析的验证,AIAA J.,40,10,2105-2112(2002)
[29] 于伟(Yu,W.)。;Hodges,D.H.,均匀、各向同性棱柱梁的弹性解与渐近截面分析,J.Appl。机械。,71, 1, 15-23 (2004) ·Zbl 1111.74734号
[30] Carrera,E.,多层板和壳的理论和有限元:具有数值评估和基准的统一紧凑公式,Arch。计算。方法工程,10,3,215-296(2003)·Zbl 1140.74549号
[31] Carrera,E。;Giunta,G。;Petrolo,M.,《梁结构:经典和先进理论》(2011),John Wiley&Sons·Zbl 1238.74001号
[32] Carrera,E。;Giunta,G.,基于统一公式的精细束流理论,国际期刊应用。机械。,2, 01, 117-143 (2010)
[33] 菲利普,M。;Pagani,A。;Petrolo,M。;科隆那,G。;Carrera,E.,基于切比雪夫多项式的精细理论对层合梁的静态和自由振动分析,Compos。结构。,132, 1248-1259 (2015)
[34] Carrera,E。;Petrolo,M.,仅具有位移变量和板壳能力的精细梁单元,麦加尼卡,47,3,537-556(2012)·Zbl 1293.74408号
[35] Carrera,E。;De Miguel,A.G。;Pagani,A.,基于有限元应用勒让德多项式展开的结构层次理论,国际力学杂志。科学。,120, 286-300 (2017)
[36] Carrera,E。;Giunta,G。;Nali,P。;Petrolo,M.,具有任意横截面几何形状的精细梁单元,计算。结构。,88, 5, 283-293 (2010)
[37] Carrera,E。;Petrolo,M。;Nali,P.,应用于任意截面梁自由振动有限元分析的统一公式,冲击振动。,18, 3, 485-502 (2011)
[38] Catapano,A。;Giunta,G。;贝鲁埃塔,S。;Carrera,E.,通过统一公式对叠层梁进行静态分析,Compos。结构。,94, 1, 75-83 (2011)
[39] Carrera,E。;菲利普,M。;马哈托,P.K.R。;Pagani,A.,具有紧凑和薄壁开/闭截面的叠层梁自由振动分析的高级模型,J.Compos。材料。,49, 17, 2085-2101 (2015)
[40] Pagani,A。;德米格尔,A.G。;Petrolo,M。;Carrera,E.,通过统一公式和勒让德多项式展开法分析叠层梁,合成。结构。,15678-92(2016)
[41] Petrolo,M。;卡列尔,I。;De Pietro,G。;Carrera,E.,《使用可变运动学有限元在紧凑、薄壁、分层和异质结构中的波传播》,《国际计算杂志》。方法工程科学。机械。,19, 3, 207-220 (2018)
[42] 丹,M。;Pagani,A。;Carrera,E.,基于位移变量的高阶理论对实心和薄壁截面简支梁的自由振动分析,薄壁结构。,98, 478-495 (2016)
[43] Yan,Y。;Pagani,A。;Carrera,E.,《通过精细分层理论对层压、箱形和夹层梁进行自由振动分析的精确解决方案》,Compos。结构。,175, 28-45 (2017)
[44] Pagani,A。;Yan,Y。;Carrera,E.,《通过精细分层理论对层压、箱形和夹层梁进行静态分析的精确解决方案》,Compos。B部分工程,131,62-75(2017)
[45] Yan,Y。;Pagani,A。;Carrera,E。;Ren,Q.W.,复合材料层压板和夹层结构宏观、中观和微观分析的精确解,J.Compos。材料。,52, 22, 3109-3124 (2018)
[46] Pagani,A。;Carrera,E。;博斯科洛,M。;Banerjee,J.R.,用于具有任意边界条件的一般叠层复合梁自由振动分析的精细动态刚度单元,Compos。结构。,110, 305-316 (2014)
[47] 休斯·T·J·R。;Cottrell,J.A。;Bazilevs,Y.,等几何分析:cad,有限元,Nurbs,精确几何和网格细化,计算。方法应用。机械。工程,194,39-41,4135-4195(2005)·Zbl 1151.74419号
[48] Cottrell,J.A。;休斯·T·J·R。;Bazilevs,Y.,《等几何分析:走向CAD和FEA的集成》(2009),John Wiley&Sons·Zbl 1378.65009号
[49] Kiendl,J。;Auricchio,F。;休斯·T·J·R。;Real,A.,剪切变形梁的单变量公式和等几何离散,计算。方法应用。机械。工程,284,988-1004(2015)·Zbl 1423.74492号
[50] Cottrell,J.A。;Reali,A。;Bazilevs,Y。;Hughes,T.J.R.,结构振动的等几何分析,计算。方法应用。机械。工程,195,41-43,5257-5296(2006)·Zbl 1119.74024号
[51] Cottrell,J.A。;休斯·T·J·R。;Real,A.,等几何结构分析中的精细化和连续性研究,计算。方法应用。机械。工程,196,41-44,4160-4183(2007)·Zbl 1173.74407号
[52] Wen,W.B。;Duan,S.Y。;Wei,K。;马,Y.B。;Fang,D.N.,基于二次b样条的隐式时间积分法瞬态波传播问题等几何分析,应用。数学。型号。,59, 115-131 (2018) ·兹比尔1480.74155
[53] Vuong,N。;Van,D。;Ong,T.H.等人。;Thai,C.H.,欧拉-贝努利梁在移动车辆作用下的动态响应(使用等几何方法),应用。数学。型号。,51, 405-428 (2017) ·Zbl 1480.74193号
[54] 卢,A.T。;Kim,N.I。;Lee,J.,自由形式Timoshenko曲梁的等几何振动分析,麦加尼卡,50,1,169-187(2015)·Zbl 1329.74157号
[55] Maurin,F。;Dedè,L。;Spadoni,A.,静态和动态应用中平面可伸长弹性体的等几何无旋转分析,非线性Dyn,81,1-2,77-96(2015)·Zbl 1431.74068号
[56] Kefal,A。;哈西姆,K.A。;Yildiz,M.,一种基于改进之字形理论混合形式的新型等几何梁单元,用于厚夹层和多层组合梁,Compos。B部分工程,167100-121(2019)
[57] Lezgy-Nazargah,M。;维达尔,P。;Polit,O.,Nurbs,使用改进的正弦模型对叠层复合材料梁进行基于等几何分析,Eur.J.Mech。A Solids,53,34-47(2015)·Zbl 1406.74392号
[58] Yu,T.T。;尹,S.S。;Bui,T.Q。;夏,S.F。;田中,S。;Hirose,S.,Nurbs,使用一种新的简单FSDT理论和水平集方法——薄壁结构,对具有复杂切口的层压复合材料板的屈曲和自由振动问题进行基于等几何分析。,101, 141-156 (2016)
[59] 郭永杰。;Nagy,A.P。;Gürdal,Z.,等几何分析框架下层压复合材料的分层理论,Compos。结构。,107, 447-457 (2014)
[60] Alesadi,A。;Galehdari,M。;Shojaee,S.,使用基于等几何方法和Carrera统一公式的分层模型进行复合材料层合板的自由振动和屈曲分析,Mech。高级主管。结构。,25, 12, 1018-1032 (2018)
[61] Alesadi,A。;Galehdari,M。;Shojaee,S.,使用基于等几何方法的Carrera统一公式进行交叉层压板的自由振动和屈曲分析,计算。结构。,18338-47(2017)
[62] Alesadi,A。;Ghazanfari,S。;Shojaee,S.,薄壁梁结构分析的B样条有限元方法,基于一维精细理论,使用Carrera统一公式,薄壁结构。,130, 313-320 (2018)
[63] Carrera,E。;Petrolo,M.,《层压结构分析的优化一维公式》,AIAA J.,50,1,176-189(2012)
[64] Szabó,B。;杜斯特,A。;Rank,E.,有限元方法的p版,Encycl。计算。机械。(2004)
[65] Yan,Y。;Carrera,E。;米格尔,A.G。;Pagani,A。;Ren,Q.W.,通过具有分层能力的高级层次模型对金属和复合梁结构进行无网格分析,Compos。结构。(2018)
[66] Reddy,J.N.,《层压复合材料板壳的力学:理论与分析》(2004),CRC出版社·Zbl 1075.74001号
[67] Hilber,H.M。;Hughes,T.J.R.,结构动力学时间积分方案的配置、耗散和[超调],Earthq。工程结构。动态。,6, 1, 99-117 (1978)
[68] 陶,C。;Fu,Y.M。;Dai,H.L.,热环境中移动荷载作用下纤维-金属叠合梁的非线性动力学分析,合成。结构。,140, 410-416 (2016)
[69] de Miguel,A.G。;De Pietro,G。;Carrera,E。;Giunta,G。;Pagani,A.,《复合材料结构分析用具有精细运动学的无锁定曲线元件》,计算。方法应用。机械。工程,337,481-500(2018)·Zbl 1440.74388号
[70] Pagani,A。;Carrera,E.,几何非线性精细梁理论的统一公式,Mech。高级主管。结构。,25, 1, 15-31 (2018)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。