近日，我校太阳集团网站8722青年教师王锴博士联合南京工业大学、新加坡南洋理工大学等多家科研单位，在计算力学领域权威期刊《Thin-Walled Structures》（IF 6.6，中科院一区TOP）发表原创研究论文《A novel three-dimensional weak-form quadrature rigid-frame element and its application in transmission tower analysis》。该成果以我校为第一完成单位，论文第一作者为我校太阳集团网站8722王锴博士，共同作者包括周叮教授，冯闯教授和Ng Teng Yong教授。本研究得到tyc8722太阳集团人才启动项目（2025xkjq031）、国家自然科学基金项目（51978336）等项目的资助。
在大跨度输电塔等复杂工程结构的力学分析中，传统有限元法往往需要大量细密单元，导致计算存储需求大、求解时间长。针对这一难题，本文提出了一种新颖的三维弱形式数值积分刚架单元（WQRE）方法。该方法基于Timoshenko梁理论，结合Chebyshev-Lobatto数值微分与Gauss-Lobatto数值积分，基于混合变分原理导出正定实对称单元刚度矩阵和对角线形式的单元质量矩阵。进一步利用单元刚度矩阵的正定性，将单元内部积分点的未知量转化为仅由端点未知量表达，从而在单元层面实现自由度凝聚。与传统的弱形式数值积分方法在整体装配后进行矩阵降阶不同，本文方法在装配前即完成凝聚，显著降低了整体刚度矩阵的阶数。以500kV大跨度输电塔为例，本文方法所得结构刚度矩阵阶数仅为1344，远低于传统有限元法的20400，计算时间约为后者的8.5%。静力分析、风振分析及地震响应分析结果与有限元法及试验数据高度吻合，验证了本文方法的精度与可靠性。
研究团队表示下一步将把WQRE方法推广至几何非线性分析，考虑大变形效应，并进一步开发塔-线耦合单元，以更真实地模拟输电线路在极端风冰荷载作用下的整体系统动力学行为。
论文链接（https://doi.org/10.1016/j.tws.2026.115147）
（撰稿/摄影: 王锴；责任编辑：章鏴； 审核：邓林）