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带铰链/刚性接头的梁/绳索系统的绝对节点坐标有限元法

弹性力,切线刚度矩阵,铰链/刚性接头,绳索结构,绝对节点坐标方法

计算力学新方法，新理论 > 高性能算法的理论与实现

为模拟柔性绳索结构的变形和大范围运动，基于绝对节点坐标方法ANCF (Absolute Node Coordinate Formulation)，建立了绳索的隐式动力学迭代格式。简化了原本复杂的弹性力计算公式，得出了完整的弹性力向量，且进一步得到了隐式时间积分方法中需要的切线刚度矩阵的全部公式。将便于实施的罚函数方法用于ANCF中的约束处理，建立了节点自由度之间的铰链约束单元和刚性连接单元，得出了相关的弹性力以及切线刚度矩阵。分别数值计算了经典的弦振动、铰接的刚性双摆、铰接的柔性绳索以及刚性连接的杆，数值结果与已有的理论解符合得很好，表明了所建立的公式适用于绳索的动力学计算，以及弹性力和切线刚度矩阵良好的收敛性和较高的计算效率。