The paper presents a two-dimensional geometrically nonlinear formulation of a beam element that can accommodate arbitrarily large rotations of cross sections. The formulation is based on the integrated form of equilibrium equations, which are combined with the kinematic equations and generalized material equations, leading to a set of three first-order differential equations. These equations are then discretized by finite differences and the boundary value problem is converted into an initial value problem using a technique inspired by the shooting method. Accuracy of the numerical approximation is conveniently increased by refining the integration scheme on the element level while the number of global degrees of freedom is kept constant, which leads to high computational efficiency. The element has been implemented into an open-source finite element code. Numerical examples show a favorable comparison with standard beam elements formulated in the finite-strain framework and with analytical solutions.


翻译:本文介绍了可以任意大量旋转跨段的横梁元件的二维非线性地理构造,它基于均衡方程式的综合形式,与运动方程式和通用物质方程式相结合,导致一套三等一的一组第一级差异方程式。这些方程式随后因有限差异而分离,边界值问题则使用射击方法所启发的技术转化为初始价值问题。数字近似的准确性通过在元素水平上改进集成计划而方便地增加,同时保持全球自由度不变,从而导致较高的计算效率。该元素已被应用到开放源有限要素代码中。数字实例显示,与在有限区框架和分析性解决方案中制定的标准波束要素相比是可取的。

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