[博士]粗糙网格划分下的箱梁三维杂交元分析方法

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内容简介

　　[博士]粗糙网格划分下的箱梁三维杂交元分析方法　　学科专业： 桥梁与隧道工程 　　授予学位： 博士 　　学位授予单位：同济大学　　学位年度：2008　　 箱梁属于典型的空间薄壁结构，在外荷载作用下将发生弯曲、扭转、翘曲、剪力滞和畸变等复杂变形，其受力分析的复杂性在整个桥梁结构分析中显得尤为突出。现有的箱梁分析方法主要可以分为三类：解析法、半解析法和数值法。解析法和半解析法虽具有建模简单、计算量小的优点，但同时存在计算精度差、不能适用于复杂截面箱梁计算的问题；数值法中的板壳有限元法和实体有限元法虽具有计算精度高、适应性强的优点，但却存在建模复杂、计算量大、计算结果不能直接用于工程设计的缺点。因此，在现有的箱梁分析方法中，主要存在计算精度与计算效率之间的矛盾、计算效率与计算方法的适应性之间的矛盾以及计算结果与设计理论之间的矛盾。　　 针对箱梁分析中所存在的问题，在充分考虑箱梁受力变形特点的基础上，提出了粗糙网格划分下的箱梁三维实体有限元分析方法。为此，以修正的Hellinger-Reissner变分原理为基础，通过合理引入非协调位移插值项，构造了六面体八结点杂交应力单元8N2113和8N21IBc，分别用于直箱梁和曲线箱梁的三维实体有限元分析。　　 数值试验表明，通过合理构造单元应力场并对应力场实施分项罚数优化，　　8N21D单元具有良好精度和力学性能，可完全消除自锁问题。算例表明，8N21p单元和8N2113c单元可以实现粗糙网格划分下的箱梁三维实体有限元分析，计算结果具有良好的精度。　　 本文提出的粗糙网格划分下的箱梁三维杂交元分析方法在保证计算精度的前提下能有效提高箱梁分析的计算效率，计算结果可以与当前设计理论良好结合。

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