一种改进的向量形式本构有限元（VFIFE）方法，该方法结合了S-R分解技术，适用于从薄壳到厚壳的分析过程

《COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING》：An improved Vector Form Intrinsic Finite Element (VFIFE) method with S–R decomposition from thin to thick shell analysis

　　

华强龙|岳武|朱启明

摘要

本文提出了一种改进的向量形式本构有限元（VFIFE）方法，用于统一分析薄壳和厚壳结构。所提出的公式将应变-旋转（S–R）分解定理和张量分量的混合插值（MITC）技术整合到VFIFE框架中。具体而言，S–R分解被引入VFIFE中，以实现应变与刚体旋转的独特且力学上一致的分离，消除了传统公式中由于假设反向运动而产生的任意性。基于Reissner–Mindlin理论和MITC3+技术的三节点平板壳单元被构建在VFIFE框架内，有效缓解了横向剪切锁定问题，从而能够在广泛的厚度比范围内进行精确分析。通过基本贴片试验以及一系列涉及静态、动态和几何非线性条件下的薄壳和厚壳问题的基准测试，验证了该公式的有效性。贴片试验表明其在捕捉大范围刚体运动和大变形行为方面的能力，后续的基准测试进一步证实了该方法在一般壳结构分析中的高精度、稳健收敛性和可靠性能。