基于子结构法的结构行为一致多尺度建模方法研究

为建立用于大型结构局部细节处动态应力响应分析的有限元模型，本研究提出了一种基于子结构法的结构行为一致多尺度建模方法。该方法运用子结构法将局部精细化有限元模型处理为超单元，并基于界面虚功平衡原理建立多尺度界面耦合处的位移约束方程，经过迭代计算获得约束方程系数，完成多尺度界面的耦合连接。以三维箱型截面悬臂梁结构为例，构建子结构法的多尺度模型，并与基于刚性区域法的多尺度模型的应力响应进行对比分析。研究结果表明：在静力分析应力场，尤其是在多尺度耦合界面附近的应力场与精细化全壳单元模型吻合良好，但基于刚性区域法的多尺度模型在界面耦合处应力过渡不连续，存在多处应力集中，与精细化全壳单元模型相差较大。此外，该模型的瞬态应力响应也与精细化全壳单元模型吻合良好。该研究成果可为大型结构的局部关键构件的动态应力响应分析提供借鉴。