薄膜断裂和穿透的向量式有限元分析及应用

来源：计算力学学报杂志2018年第3期北京时间：

作者：王震,赵阳,杨学林

单位：浙江省建筑设计研究院, 杭州 310006,浙江大学 空间结构研究中心, 杭州 310058,浙江省建筑设计研究院, 杭州 310006

摘要：向量式有限元基于牛顿运动定律，通过质点描述和向量分析来求解整体结构的动力响应。首先，给出了向量式有限元三角形薄膜单元的基本理论，进而针对薄膜结构的断裂和穿透破坏过程，提出相应解决方案。对于薄膜断裂问题，采用Mises应力状态变量达到失效应力限值作为断裂判据，通过质点分裂方式将相连单元的对应节点断开，并对分裂后的新质点进行状态更新来模拟其断裂过程；对于薄膜穿透问题，则同时结合碰撞和断裂过程模拟来实现。在此基础上，编制了薄膜结构的断裂和穿透求解计算程序，算例分析表明，程序可很好地完成薄膜结构的大变形大转动、断裂和穿透等不连续行为的模拟，验证了理论及程序的可靠性和有效性，体现了本文方法进行薄膜结构复杂不连续行为分析的优势。

关键词：薄膜结构,向量式有限元,断裂,质点分裂,碰撞,穿透,

基金资助：国家自然科学基金（51378459）；浙江省建设科研项目（2015K11）资助项目.