(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111397514.1 (22)申请日 2021.11.23 (71)申请人 郑州大学 地址 450001 河南省郑州市高新 技术开发 区科学大道100号 (72)发明人 孙攀旭　赵瑞青　杨强　严亚丹　 王东炜　 (74)专利代理 机构 郑州大通专利商标代理有限 公司 41111 代理人 蔡少华 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 111/12(2020.01) G06F 113/24(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于三维6节点矩形单元的结构变形分解方 法 (57)摘要 本发明属于力学分析领域， 公开了一种基于 三维6节点矩形单元的结构变形分解方法， 包括 以下步骤： 构造出6节点矩形单元的基本位移和 基本变形基向量， 得到三维6节点矩形单元的正 交力学基矩阵； 建立空间结构 模型， 得到6节点矩 形单元各个节点的位移向量； 将6节点矩形单元 的位移向量投影到三维6节点矩形单元的正交力 学基矩阵上， 得到每个矩形单元的基本变形和基 本位移的投影系数向量； 根据投影系数向量中投 影系数的大小， 得出矩形单元发生的主要基本变 形和次要基本变形， 即可实现对 结构模型的变形 分解和变形识别。 本发明可以精确识别厚度较宽 度和长度来说很小的单相受力薄板类构件的面 内变形情况， 还能精确识别出面外弯曲变形等面 外变形。 权利要求书4页 说明书12页 附图13页 CN 114186453 A 2022.03.15 CN 114186453 A 1.一种基于三维6节点矩形 单元的结构变形分解方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 在三维直角坐标系中， 依据受力平衡条件和正交分解理论， 构造出6节点矩形单 元的基本位移和基本变形基向量， 从而得到三维6节点矩形 单元的正交力学基矩阵P； 步骤2： 在空间直角坐标系下， 建立空间结构模型， 并采用四边形壳单元对空间结构模 型进行划分， 选择四边形壳单元的4个角点和两条对边上 的中点组成三维6节点矩形单元， 得到6节点矩形 单元各个节点的位移向量s； 步骤3： 将6节点矩形单元各个节点的位移向量s投影到三维6节点矩形单元的正交力学 基矩阵P上， 得到每 个矩形单元的基本变形和基本位移的投影系数向量r； 步骤4： 根据投影系数向量r中投影系数的大小， 得出每个矩形单元发生的主要基本变 形和次要基本变形， 即可实现对空间结构模型的变形分解和变形识别。 2.根据权利要求1所述的基于三维6节点矩形单元的结构变形分解方法， 其特征在于， 所述的6节 点矩形单元的基本位移和基本变形包括： X轴向的刚体平动位移、 Y轴向的刚体平 动位移、 Z轴向的刚体平动位移、 绕X轴向刚体转动位移、 绕Y轴向刚体转动位移、 绕Z轴向刚 体转动位移、 XOY面X轴向拉压变形、 XOY面Y轴向拉压变形、 XOY面X轴向面内弯曲变形、 XOY面 Y轴向面内弯曲变形、 XOY面剪切变形、 XOY面翘曲变形、 XOY面面外弯曲变形、 XOY面胀缩变 形、 XOY面冲切变形、 XOY面反向翘曲变形、 XOY面反对称弯曲变形以及XOY面反对称拉伸 ‑压 缩变形。 3.根据权利要求2所述的基于三维6节点矩形单元的结构变形分解方法， 其特征在于， 所述步骤1具体包括以下步骤： 步骤1.1： 在空间直角坐标系下， 依据受力平衡条件、 力矩平衡条件以及正交理论， 针对 6节点矩形 单元构造出 单元的18种基本位移和基本变形基向量p1～p18， 具体如下： p1表示X轴向刚体平动位移基向量： p2表示Y轴向刚体平动位移基向量： p3表示Z轴向刚体平动位移基向量： p4表示绕X轴向刚体转动位移基向量： p5表示绕Y轴向刚体转动位移基向量： p5＝(0,0,‑0.5,0,0,0.5,0,0,0.5,0,0, ‑0.5,0,0,0,0,0,0)T， p6表示绕Z轴向刚体转动位移基向量： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114186453 A 2p7表示XOY面X轴向拉压变形基向量： p7＝(‑0.5,0,0,0.5,0,0,0.5,0,0, ‑0.5,0,0,0,0,0,0,0,0)T， p8表示XOY面Y轴向拉压变形基向量： p9表示XOY面X轴向面内弯曲变形基向量： p9＝(‑0.5,0,0,0.5,0,0, ‑0.5,0,0,0.5,0,0,0,0,0,0,0,0)T， p10表示XOY面Y轴向面内弯曲变形基向量： p10＝(0,‑0.5,0,0,0.5,0,0, ‑0.5,0,0,0.5,0,0,0,0,0,0,0)T， p11表示XOY面剪切变形基向量： p12表示XOY面翘曲变形基向量： p12＝(,0,0, ‑0.5 0,0,0.5,0,0, ‑0.5,0,0,0.5,0,0,0,0, ,00)T， p13表示XOY面 面外弯曲变形基向量： p14表示XOY面胀缩变形基向量： p15表示XOY面冲切变形基向量： p16表示XOY面反向翘曲变形基向量： p17表示XOY面反对称弯曲变形基向量： p18表示XOY面反对称拉伸 ‑压缩变形基向量： 其中， m为矩形 单元在Y轴向的长度， n 为矩形单元在X轴向的长度； 步骤1.2： 将步骤1.1所示的6个基本位移基向量与12个基本变形基向量组合构造出6节 点矩形单元的完备正交力学基矩阵P： P＝[p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 p9 p10 p11 p12 p13 p14 p15 p16 p17 p18]。 4.根据权利要求1所述的基于三维6节点矩形单元的结构变形分解方法， 其特征在于，权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114186453 A 3