[发明专利]车辆结构分析中构造车体板梁结构的方法

权利要求书

1.一种车辆结构分析中构造车体板梁结构的方法，用以处理铁道车辆车体钢结构中板梁组合式结构的静力问题，其特征在于所述方法包括：

在梁单元和板单元的连接处建立板梁组合式结构，构建板梁偏心连接时偏心节点的偏心位移关系式，然后分别基于罚单元法和Lagrange乘子法编制出构造板梁组合结构的有限元程序，分别用于求解板梁组合结构以及板单元或梁单元单独存在时的静力问题。

2.根据权利要求1所述的车辆结构分析中构造车体板梁结构的方法，其特征在于采用罚单元法构造板梁组合结构的方法包括：

选取梁单元上的一第一节点和板单元上的一对应第二节点组成组成罚单元的两个节点，设定每个节点具有6个自由度：3个线位移和3个角位移，通过第一节点与第二节点的位移关系构造出其位移关系时，最后将位移关系式引入到有限元平衡方程中，得到罚单元的刚度矩阵。

3.根据权利要求1所述的车辆结构分析中构造车体板梁结构的方法，其特征在于采用Lagrange乘子法来构造板梁组合结构的方法包括：

先建立板单元和梁单元的模型，分别求出板单元和梁单元的单元刚度矩阵，将板单元和梁单元的单元刚度矩阵组集到总体刚度矩阵中，再根据板梁组合结构中板单元、梁单元的相关节点满足的约束方程，扩充为总体刚度矩阵，然后求解得到各个节点的位移值。

4.根据权利要求1所述的车辆结构分析中构造车体板梁结构的方法，其特征在于所述方法进一步包括：

首先在局部坐标系下，根据板单元的节点信息构造板单元模型并建立板单元刚度矩阵方程；

其次在局部坐标系下，根据梁单元的节点信息构造梁单元模型并建立梁单元刚度矩阵方程；

然后进行板梁组合式结构的建立。

5.根据权利要求4所述的车辆结构分析中构造车体板梁结构的方法，其特征在于板单元刚度矩阵方程的建立方法包括：

将四边形平面应力单元和四边形弯曲板单元组合起来形成板单元，其中四边形平面应力单元为每个单元的4个节点分别具有两个自由度的平面四边形等参单元；所述四边形弯曲板单元为基于三角形弯曲板单元构造，以实现与四边形平面应力单元组合构成四边形平板单元。

6.根据权利要求4所述的车辆结构分析中构造车体板梁结构的方法，其特征在于梁单元刚度矩阵方程的建立方法包括：

根据梁单元的受力方式，定义梁单元的一单元节点具有6个自由度：3个线位移和3个角位移，得到单元节点力方程和单元节点位移方程，据此得到梁单元刚度矩阵方程

7.根据权利要求1所述的车辆结构分析中构造车体板梁结构的方法，其特征在于所述方法进一步包括采用单点约束模型或双点约束模型构造梁组合结构有限元模型；

所述单点约束模型的构造方法包括：板采用板壳单元模拟板的中性面，梁采用梁单元，选取板单元上的一节点和梁单元上的对应节点采用约束方程处理；

所述双点约束模型的构造方法包括：板采用板壳单元来模拟板的中性面，梁采用梁单元，选取板单元上的两个节点与梁单元上对应的一节点采用约束方程处理。

8.一种车辆结构分析中构造车体板梁结构的方法，其特征在于所述方法具体包括：

根据单元节点拓扑信息、梁单元和板单元的节点信息进行数据处理；判断单元类型，并根据判断，分别在局部坐标系下分别对板单元和梁单元的刚度矩阵进行求解；

根据单元节点拓扑信息将局部坐标系下的板单元和梁单元的刚度矩阵进行组集，得到总刚度矩阵；

基于罚单元法，处理板梁结构的偏心连接关系，得到罚单元刚度矩阵，将罚单元刚度矩阵组集到总刚度矩阵中；

基于Lagrange乘子法，求出全部的独立变量和节点位移，扩充总刚度矩阵；

求解基于罚单元法得到的总刚度矩阵和基于Lagrange乘子法扩充的总纲度矩阵。

9.根据权利要求8所述的车辆结构分析中构造车体板梁结构的方法，其特征在于所述求解基于罚单元法得到的总刚度矩阵的方法包括用直接消元法解大型正定对称稀疏线性方程组；所述求解基于Lagrange乘子法扩充的总纲度矩阵的方法包括使用Gauss消元法解一般的稀疏线性方程组。

10.根据权利要求8所述的车辆结构分析中构造车体板梁结构的方法，其特征在于该方法进一步包括：

将基于罚单元法得到的总刚度矩阵的求解与基于Lagrange乘子法扩充的总纲度矩阵的求解进行比较和校核。