可带铰空间梁单元几何非线性分析的随转坐标法

为了降低可带铰空间梁单元切线刚度矩阵的运算量、提高非线性计算精度，本文首先通过建立单元随转坐标系得到扣除刚体位移后结构变形与总位移之间的关系，进而基于场一致性原则导出空间梁单元的几何非线性单元切线刚度矩阵，并在此基础上根据带铰梁端弯矩为零的受力特征得到考虑梁端带铰的单元切线刚度矩阵表达式。该方法利用随转坐标系下除单元轴向相对位移外的其余五个线位移均为零的特点，降低了计算单元切线刚度矩阵所需的相关矩阵阶次，因此减少了运算量。对对角点受拉铰接的方棱形框架进行计算，得出本文结果与解析解的最大误差为0.226%；对45°弯梁和带铰平面结构的空间受力进行计算，得出前者与已有文献提供的解非常接近，误差为0.027%～2.394%，后者与 ANSYS 计算结果的最大误差为1.082%，表明本文算法具有良好的精度。