Three-Dimensional Structural Analysis of Shell Structures Using MSG-Based Beam Model

AKSHAT BAGLA

doi:10.1007/978-3-032-05220-9_11

2026-01-01

PRE

AKSHAT BAGLA *

Ernesto Camarena

Wenbin Yu

DOI：10.1007/978-3-032-05220-9_11

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摘要

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薄壁结构的高保真建模在计算和时间域中成本高昂。快速计算需求，尤其是在设计初始阶段，不容忽视。因此，工程师倾向于通过沿参考线进行分析并捕获梁单元的横截面信息来使用梁模型。这种梁建模方法可以在广泛接受且行业信赖的工具VABS和基于结构基因组力学（MSG）的SwiftComp中找到，MSG是一种通用的多尺度结构分析方法（包括板和实体模型）。然而，横截面分析无法捕捉曲率、锥度、铺层削减和其他必要的3D信息。本研究专注于扩展MSG的功能，以使用3D壳单元计算这一信息差距，并计算材料铺层信息，无需任何运动学和动力学先验假设。在OpenSG中生成铁摩辛柯梁模型的复杂非棱柱壳结构（如风力涡轮机叶片）的理论和数值实现得到了展示。OpenSG是基于FEniCSx后端的MSG开源实现。FEniCSx使用户能够将科学模型转换为抽象数学表达式。OpenSG通过利用高效的MSG理论来开发各种多尺度模型，从而造福研究界。OpenSG在风力叶片、可展开结构、超材料和软生物材料中的应用将得到展示。OpenSG旨在与pyNuMAD集成，以执行真实风力叶片的广泛结构分析，包括非线性屈曲。OpenSG的性能和准确性将通过3D有限元模型进行验证，随后将通过GitHub全球可用。

Keyword:

Composites

Timoshenko beam model

Kirchhoff-Love shell model

Mechanics of Structure Genome (MSG)