[博士]粗糙網(wǎng)格劃分下的箱梁三維雜交元分析方法

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　　[博士]粗糙網(wǎng)格劃分下的箱梁三維雜交元分析方法　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)： 橋梁與隧道工程 　　授予學(xué)位： 博士 　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)　　學(xué)位年度：2008　　 箱梁屬于典型的空間薄壁結(jié)構(gòu)，在外荷載作用下將發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)、翹曲、剪力滯和畸變等復(fù)雜變形，其受力分析的復(fù)雜性在整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)分析中顯得尤為突出。現(xiàn)有的箱梁分析方法主要可以分為三類(lèi)：解析法、半解析法和數(shù)值法。解析法和半解析法雖具有建模簡(jiǎn)單、計(jì)算量小的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在計(jì)算精度差、不能適用于復(fù)雜截面箱梁計(jì)算的問(wèn)題；數(shù)值法中的板殼有限元法和實(shí)體有限元法雖具有計(jì)算精度高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但卻存在建模復(fù)雜、計(jì)算量大、計(jì)算結(jié)果不能直接用于工程設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)。因此，在現(xiàn)有的箱梁分析方法中，主要存在計(jì)算精度與計(jì)算效率之間的矛盾、計(jì)算效率與計(jì)算方法的適應(yīng)性之間的矛盾以及計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)理論之間的矛盾?！　? 針對(duì)箱梁分析中所存在的問(wèn)題，在充分考慮箱梁受力變形特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了粗糙網(wǎng)格劃分下的箱梁三維實(shí)體有限元分析方法。為此，以修正的Hellinger-Reissner變分原理為基礎(chǔ)，通過(guò)合理引入非協(xié)調(diào)位移插值項(xiàng)，構(gòu)造了六面體八結(jié)點(diǎn)雜交應(yīng)力單元8N2113和8N21IBc，分別用于直箱梁和曲線箱梁的三維實(shí)體有限元分析?！　? 數(shù)值試驗(yàn)表明，通過(guò)合理構(gòu)造單元應(yīng)力場(chǎng)并對(duì)應(yīng)力場(chǎng)實(shí)施分項(xiàng)罰數(shù)優(yōu)化，　　8N21D單元具有良好精度和力學(xué)性能，可完全消除自鎖問(wèn)題。算例表明，8N21p單元和8N2113c單元可以實(shí)現(xiàn)粗糙網(wǎng)格劃分下的箱梁三維實(shí)體有限元分析，計(jì)算結(jié)果具有良好的精度?！　? 本文提出的粗糙網(wǎng)格劃分下的箱梁三維雜交元分析方法在保證計(jì)算精度的前提下能有效提高箱梁分析的計(jì)算效率，計(jì)算結(jié)果可以與當(dāng)前設(shè)計(jì)理論良好結(jié)合。

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