任意多连通截面扭转应力函数的有限元解法

摘要

杆件扭转问题的求解,主要有基于扭转理论翘曲函数的边界元法和有限元法、基于薄壁杆件理论的数值解法和基于扭转理论应力函数的有限元法.根据任意多连通截面直杆扭转问题的应力函数理论,讨论并改进了与微分方程及定解条件等效的泛函,在此基础上推导了求解多连通截面扭转应力函数的有限元列式,将扭转问题的翘曲位移单值条件转化为边界节点上的集中荷载.采用主从节点法满足孔洞边界上应力函数的同值条件,实现了任意多连通复杂截面扭转应力函数的有限元直接求解,通过应力函数积分获得截面的扭转常数.算例验证了方法的可行性和有效性.