基于有限质点法的结构屈曲行为分析

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1、第26卷第10期Vol.26No.10工程力学2009年10月Oct.2009ENGINEERINGMECHANICS23文章编号：1000-4750(2009)10-0023-07基于有限质点法的结构屈曲行为分析*喻莹，罗尧治(浙江大学空间结构研究中心，浙江，杭州310027)摘要：有限质点法是一种新颖的结构分析方法，它以向量力学和数值计算为基础，将结构离散为质点群，采用牛顿第二定律描述这些质点的运动。该方法中引入移动基础架构求解结构单元内力。采用显示时间积分求解运动方程，避免了迭代求解非线性方程组。该文采用

2、有限质点法分析结构的屈曲行为。以空间杆单元为例推导了有限质点法计算公式。利用自编程序，对空间杆系结构的屈曲行为进行了模拟。在不经过任何特殊处理的情况下，该方法不仅可以越过屈曲极值点，而且能够跟踪结构屈曲后的行为。此外，该方法无需分级加载即可模拟结构的屈曲行为，结构荷载可以在计算分析的初始步全部加在结构上，更符合实际情况。通过算例验证表明有限质点法在结构屈曲行为模拟中的适用性和真实性。关键词：有限质点法；牛顿第二定律；移动基础架构；杆单元；屈曲中图分类号：TU393文献标识码：ABUCKLINGANALYSISO

3、FSTRUCTURESBYTHEFINITEPARTICLEMETHOD*YUYing,LUOYao-zhi(SpaceStructureResearchCenterofZhejiangUniversity,Hangzhou,Zhejiang310027,China)Abstract:Thefiniteparticlemethod(FPM)isanewstructuralanalysismethodwhichisbasedontheVectorMechanicsandnumericalcalculations.

4、Inthismethod,theanalyzeddomainisdiscretizedintofiniteparticles,whosemotionfollowsNewton’ssecondlaw.Theconvectedmaterialframeisintroducedtocalculatetheinternalforceofthestructuralelement.Toavoiditerationinsolvingnonlinearmotionequations,theexplicittimeintegra

5、tionisadopted.ThispaperpresentsabucklinganalysisofstructuresusingFPM.Takingthethreedimensionalbarelementasanexample,theformulationsoftheFPMarederivedinthepaper.StructuralbucklingbehaviorsaresimulatedwiththeprogrambasedontheFPMalgorithm.Thismethodcanreachthec

6、riticalloadandtrackpost-bucklingbehaviorsofstructureswithoutanyspecialconsiderations.Inaddition,thereisnoneedtoapplystructuralloadsgradually.Allloadscanbeappliedtothestructuresattheinitialstepoftheanalysis,whichaccordswiththepracticalsituation.Severalnumeric

7、alexamplesarepresentedtodemonstratethecapabilitiesandaccuracyofthismethodinthebucklinganalysisofstructures.Keywords:finiteparticlemethod(FPM);Newton’ssecondlaw;convectedmaterialframe;barelement;buckling[1]当结构受到的荷载达到某一临界值时，该结构为丧失稳定。有限元法和力法是目前较为常用的会突然发生大的变形，这种

8、现象称为屈曲，或者称两种屈曲分析方法。这些传统方法在处理结构的屈————————————————收稿日期：2008-06-11；修改日期：2008-12-01基金项目：国家“863”项目(2007AA04Z441)；新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-06-0517)作者简介：喻莹(1981―)，女，山东邹城人，博士生，从事空间结构研究(E-mail:yuying123@gmail.