张大羽罗建军†郑银环袁建平

1)(西北工业大学航天学院,航天飞行动力学技术重点实验室,西安 710072)

2)(武汉理工大学机电工程学院,武汉430070)

基于旋转场曲率的二维剪切梁单元建模∗

张大羽1)罗建军1)†郑银环2)袁建平1)

1)(西北工业大学航天学院,航天飞行动力学技术重点实验室,西安 710072)

2)(武汉理工大学机电工程学院,武汉430070)

(2016年12月31日收到;2017年4月6日收到修改稿)

对二维剪切梁单元进行研究,利用平面旋转场理论推导了精确曲率模型.采用几何精确梁理论构建了剪切梁单元弹性力矩阵.通过绝对节点坐标方法建立了系统的非线性动力学方程,提出基于旋转场曲率的二维剪切梁单元,并分别引入经典二维剪切梁单元和基于位移场曲率的二维剪切梁单元进行比较研究.首先,静力学分析证明了所提模型的正确性;其次,特征频率分析验证了模型可与理论解符合,收敛精度高,并且能准确地预测单元固有频率对应的振型;最后,在非线性动力学问题上,通过与ANSYS结果对比分析,证明了该模型可有效处理柔性大变形问题,并且与经典二维剪切梁单元相比具有缓解剪切闭锁的优势.因此,本文提出的基于旋转场曲率的二维剪切梁单元在处理几何非线性问题中具有较大的应用潜力.

绝对节点坐标法,旋转场曲率,几何精确梁理论,剪切闭锁

1 引言

近年来,空间碎片清理技术在航天界受到广泛的关注[1].世界主要航天大国针对主动俘获碎片技术均投入了……