A novel geometrically exact model of the spatially curved Bernoulli-Euler beam is developed. The formulation utilizes the Frenet-Serret frame as the reference for updating the orientation of a cross section. The weak form is consistently derived and linearized, including the contributions from kinematic constraints and configuration-dependent load. The nonlinear terms with respect to the cross-sectional coordinates are strictly considered, and the obtained constitutive model is scrutinized. The main features of the formulation are invariance with respect to the rigid-body motion, path-independence, and improved accuracy for strongly curved beams. A new reduced beam model is conceived as a special case, by omitting the rotational DOF. Although rotation-free, the reduced model includes the part of the torsional stiffness that is related to the torsion of the beam axis. This allows simulation of examples where the angle between material axes and Frenet-Serret frame is small. The applicability of the obtained isogeometric finite element is verified via a set of standard academic benchmark examples. The formulation is able to accurately model strongly curved Bernoulli-Euler beams that have well-defined Frenet-Serret frames.


翻译:Bernoulli-Euler 光束空间曲线的新地球精确模型正在开发中。 配方使用Frennet- Serret框架作为更新横截面方向的参考。 弱形的源出和线化是一贯的, 包括运动限制和配置依赖负荷的贡献。 严格考虑跨区坐标的非线性条件,并仔细检查获得的组成模型。 配方的主要特征与僵硬体运动、 路径独立、 强曲线光束的精度提高不相容。 新的减光线模型是特例, 省略旋转式 DOF 。 虽然不使用旋转式 DOF, 减光模型包含与波束轴的直角相关的恒度僵硬度部分。 这样可以模拟物质轴与Frenet-Serret框架之间的角是很小的示例。 获得的成色度定定的定点元素通过一套标准学术基准示例加以验证。 制成法能够精确地模拟Bern- sulter- slim 的模型。

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