基于向量式有限元的实体结构非线性行为分析

基于向量式有限元基本理论，推导了四节点四面体实体单元的基本理论计算式，通过参考平面的逆向运动来获得单元节点纯位移，进而通过变形坐标系获得单元节点内力。将双线性弹塑性材料本构模型引入向量式有限元实体单元，以实现考虑塑性硬化效应时实体结构的材料非线性行为分析。针对实体结构的碰撞接触行为，通过实体外表面质点和三角形网格面的单向碰撞检测来处理碰撞检测问题，采用基于中央差分的罚接触力响应方法来处理碰撞响应问题。弹塑性材料和碰撞接触均作为单独的计算分析模块引入向量式有限元实体单元。算例分析表明，所编制的向量式有限元实体单元程序可以有效实现线性和非线性材料情况下实体结构的静动力、大变形、大转动以及碰撞接触行为分析，验证了所提理论计算式和编制程序计算结果的可信度。