多体非连续变形系统的计算力学模型及其应用

摘要

针对由不同特性物体所组成的多体系统,探讨了能够涵盖各种变形状态和运动形式的广义有限单元模式及其插值函数形式。对于多体接触问题,发展了能够合理描述界面特性的接触力元模型,即采用某种应力插值函数将界面上的相互作用力由接触对上的接触应力来表达,并将接触对上的接触应力当作需满足界面上屈服准则与流动法则等状态控制条件的参变量,将其作为约束条件加入系统控制方程。根据非连续变形系统的分区参变量最小势能变分原理,联立变分驻值条件与参变量的状态控制条件建立了多体系统非连续变形计算力学分析的基本控制方程,将问题最终归结为一个含有自由变量和等式约束条件的线性互补问题,对此发展了数值解法,并进行了多个算例的数值分析。计算结果表明该模型不仅能够对多体系统进行静、动力耦合分析,而且还能够模拟多体系统的变形与应力及接触界面上的接触应力和相对运动等复杂的非线性过程。