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基于共旋坐标法的海洋柔性管缆动力学分析: 2025年; 海洋柔性结构的运动往往随着开采深度和离岸距离的增加而不断增大,这种大幅度的往复运动使得结构危险点极易发生疲劳损伤,显著增加了失效的风险。本文考虑海洋柔性管缆大位移、大旋转和小应变的几何非线性,基于共旋坐标法开展了结构动力学分析。首先,基于共旋坐标法建立了柔性管缆的基本运动方程;其次,根据Morison方程计算水动力效应得到海洋柔性管缆的运动方程,并应用Newton-Raphson法结合HHT法进行求解;最后,在数值算例中将本文方法与商业软件分析结果进行对比,表明本文提出的方法能够有效用于海洋柔性管缆的非线性动力学分析。; 孙晓旭柯旺赵岩; 关键词：非线性动力分析共旋坐标法

基于共旋坐标法的几何非线性裂纹梁单元: 2024年; 现有有限元软件模拟裂纹结构主要采用指派裂纹的实体和壳单元,但缺少梁单元。因此,在弹性梁单元的曲率函数中引入Dirac-δ函数表征局部损伤的曲率变化,得到位移分布函数;推导出应变矩阵和单元刚度矩阵,提出了裂纹梁单元。基于共旋坐标法理论进一步发展了考虑裂纹损伤的几何非线性裂纹梁单元,给出了单元的具体算法及流程。利用课题组开发的有限元求解框架,在程序中实现了裂纹梁单元及共旋列式裂纹梁单元。经过典型算例,对比分析了裂纹位置、裂纹深度及外荷载对裂纹梁弯曲性能的影响。结果表明:该单元能够准确描述裂纹结构的挠度变化,同时与现有模拟裂纹结构弯曲变形的单元相比,提出的裂纹梁和共旋列式裂纹梁在精度分别提高了约1%和4%,并且能够退化成无损伤的梁单元和几何非线性梁单元。; 董正方吴名豪王淼李运华; 关键词：共旋坐标法梁单元刚度矩阵

基于共旋坐标法的钢悬链线立管管土作用数值分析: 2024年; 为分析钢悬链立管(SCR)在顶部浮体小范围垂降、侧向漂移运动下的立管触地段垂向、侧向管土作用,将立管初始贯入海床及侧向移动过程作为准静态问题,在共旋坐标框架内建立三维有限梁单元模型,并耦合p-y加载曲线模拟立管初始贯入海床过程,并对比了线性、双线性及非线性管土模型在计算管土响应上的差异,分析了立管顶部水平牵引载荷、海流作用及土体抗剪强度对立管触地段垂向管土作用的影响,进一步研究了浮体小范围漂移工况下的侧向牵引力、土体特性参数对立管触地段侧向、垂向组合的管土作用影响。结果表明:在共旋坐标框架下,非线性管土模型对立管贯入海床的响应模拟更准确;顶部水平牵引力及海流流速增大,均会导致立管贯入海床深度及垂向土阻力减小;土体抗剪强度增大导致立管贯入深度减小但垂向及侧向土阻力增大;顶部浮体侧向牵引力增大致使立管触地段的侧向位移及土阻力增大,但垂向土阻力减小;侧向摩擦系数的增大可显著提高立管触地段的侧向稳定性。本文所述共旋坐标法利用刚体与变形解耦的特性高效求解了立管全局运动及触地段的管土作用,为立管与海床作用研究提供了参考。; 王树江顾继俊黄俊高磊贾纪川黄晨陈磊磊; 关键词：共旋坐标法土阻力牵引力土体参数

基于共旋坐标法的悬索桥几何非线性正装计算分析及软件开发: 2024年; 给出了基于共旋坐标法的几何非线性计算流程,推导了按共旋坐标法的梁杆单元在总体坐标系下的几何非线性切线刚度矩阵,经过比较证明了和Saafan给出的几何非线性切线刚度矩阵一致。同时单元切线刚度矩阵元素完全对称,并且可以用于直接组集总刚度矩阵,不需要经过旋转变换。根据无应力长度为未知量的成桥找形计算和已知无应力长度的几何非线性正装计算的互逆性,应用基于几何非线性正装计算算法开发的几何非线性分析程序,对含梁杆索混合单元的悬索结构进行了正装计算,其中梁单元和杆单元按共旋坐标法计算,主缆单元按只受拉的索单元计算。几何非线性正装计算的线形和内力跟成桥找形的结果能闭合,验证了找形所得线形的平衡状态以及几何非线性程序的正确性。; 阴存欣; 关键词：悬索桥共旋坐标法软件开发

一种基于组件级共旋坐标法的柔性多体系统快速动力学分析方法: 本发明提供一种基于组件级共旋坐标法的柔性多体系统快速动力学分析方法，属于柔性多体动力学建模领域。所述分析方法步骤为：1)对多体系统进行有限元网格划分，得到由多个柔性构件组成的柔性多体系统；2)对柔性单元采用组件级共旋坐标...; 阚子云连子豪宋学官王文风邓颉

基于共旋坐标法的空间桁架几何非线性分析被引量：2: 2023年; 以往提出的共旋坐标法中,随动与整体坐标系的转换矩阵的计算需要中介值,对于大型工程结构会影响计算效率,且共旋坐标法在有限元程序中的实现多基于面向过程技术,以至数据不易管理、功能难以扩充,此外桁架何时考虑几何非线性也缺乏研究。归纳对比了两种常用的共旋坐标法理论,基于整体坐标系原点来建立随转坐标系,给出无需中介值的空间桁架转换矩阵及杆端抗力的具体表达式,并基于此法,使用C++语言在基于面向对象技术的程序Aduts中实现空间桁架单元,进一步简化了共旋坐标法的计算,使其在有限元程序中的数据管理、二次开发和维护更简便。设计典型算例验证了本文桁架单元的正确性,并通过参数分析研究桁架的几何非线性,结果表明桁架的几何非线性不能单纯以经验理论即应变达到5%为判断依据,而需结合拱跨比的值来确定。; 朱丽君颜海泉董正方; 关键词：有限元分析空间桁架共旋坐标法面向对象

改进共旋坐标法的Timoshenko梁单元非线性分析被引量：5: 2022年; 为提高空间Timoshenko梁单元非线性问题的计算精度,在共旋坐标法的基础上,提出了一种改进的Timoshenko梁单元几何非线性分析方法。利用虚功原理得到改进空间梁单元的刚度矩阵;使用有限质点法中的逆向运动思路计算单元局部坐标系下的刚体旋转矩阵;根据整体坐标系与局部坐标系之间旋转角度的转化以及微分关系,求得空间梁单元的切线刚度矩阵;编制了相应的有限元程序,对多个经典的大变形结构进行几何非线性分析。计算结果印证了该文所提出改进方法的正确性,同时与传统共旋坐标法相比,具有更高的精度。; 李东升高严培郭鑫; 关键词：共旋坐标法切线刚度矩阵

基于共旋坐标法的张拉整体结构弹塑性静力分析被引量：10: 2019年; 为研究张拉整体结构的弹塑性静力特性,引入一种适用于求解大转动小应变的高效有限元算法——共旋坐标(CR)法.将空间杆单元的大位移分解为整体坐标系下的刚体位移和局部坐标系下的小变形,推导出了单元切线刚度矩阵的新表达式.采用一种结合荷载增量策略和Newton-Raphson法的非线性有限元算法对一个四杆张拉整体结构单元体的几何非线性弹塑性特性进行了研究.结果表明:相比于传统的TL法和UL法,采用CR法对张拉整体结构进行非线性静力特性分析具有更高的计算效率;四杆单胞结构下层构件的刚度大于上层构件的刚度;自应力系数的增大会导致四杆单胞结构变“硬”,且结构受压时的表现比受拉时更为明显;相比于结构的弹塑性响应,自应力系数在结构的弹性响应中扮演着更重要的角色.; 冯晓东罗尧治丁毅黄世荣; 关键词：张拉整体结构共旋坐标法切线刚度矩阵

基于共旋坐标法的大变形薄板多体系统非连续动力学建模与仿真研究: 现代大型航天器由于载荷等原因,会使用轻质板壳类结构来组成复杂的多体系统,如太阳电池阵、天线和太阳帆等等。此类系统入轨后往往需要从运输状态展开到工作状态。这个过程中系统会呈现以下三个重要特点:1)大变形几何非线性。构件往往...; 史加贝; 关键词：柔性多体系统共旋坐标法; 文献传递

柔性多体动力学的共旋坐标法被引量：11: 2017年; 共旋坐标法作为柔性多体动力学的建模方法已经有数十年的发展历程.作为解决大转动小应变问题的可靠方法,共旋坐标法建模简单,意义明确,并且能借用现有的有限元理论,求解时效率高,精度好.因此柔性多体动力学中,共旋坐标法不仅在非线性分析中有良好的表现,在工程实际中也有较好的应用潜力.柔性多体系统动力学中的大变形问题大多涉及梁、板壳等柔性结构,有大量的大转动小应变问题需要解决.本文对采用共旋坐标法来分析梁、板壳类结构的研究中存在的若干关键问题进行了相关的讨论,如有限转动理论、局部坐标系的定义、单元类型和相应的动力学问题等.比较了各种方法的优势与局限,并且展望了共旋坐标法的发展趋势.; 史加贝刘铸永洪嘉振; 关键词：共旋坐标法

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