【博士】基于二次開發(fā)的PC橋梁三維仿真分析關(guān)鍵技術(shù)研究【2008】

內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：華中科技大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　目前，橋梁結(jié)構(gòu)的整體分析一般都是建立在平面或空間桿系有限元理論基礎(chǔ)上，部分采用三維實(shí)體單元分析但尚不成熟。對于普通鋼筋混凝土和簡單預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，結(jié)構(gòu)計算采用桿系有限元加局部三維分析基本夠用。但對于特殊造型橋梁、多向預(yù)應(yīng)力體系橋梁及彎、寬橋，這些以桿系有限元理論為基礎(chǔ)的分析方法已不能完全滿足設(shè)計者的需要。隨著大跨度和復(fù)雜的橋型不斷涌現(xiàn)、計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展、有限元理論的逐步完善，全橋結(jié)構(gòu)三維仿真分析（SSEB）已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性研發(fā)階段。通過三維實(shí)體結(jié)構(gòu)仿真分析，模擬橋梁構(gòu)件的空間狀態(tài)，真實(shí)反映邊界條件和荷載狀況，可得到更詳盡、精確和可靠的分析結(jié)果，以指導(dǎo)設(shè)計和施工?！　”疚幕诖笮屯ㄓ糜邢拊浖嗀NSYS 和MATLAB，探索三維實(shí)體模型下進(jìn)行PC 橋梁結(jié)構(gòu)整體仿真分析的途徑，研究其關(guān)鍵理論及專業(yè)模塊開發(fā)技術(shù)。重點(diǎn)研究了預(yù)應(yīng)力筋的模擬、預(yù)應(yīng)力效應(yīng)的等效轉(zhuǎn)換和橋梁截面切片技術(shù)。研究成果可廣泛應(yīng)用于PC 橋梁的三維仿真領(lǐng)域，具有較大的理論意義和工程實(shí)用價值?！　”疚脑谌缦聨讉€方面進(jìn)行了理論、數(shù)值研究，并取得了一些研究成果：　　1、根據(jù)PC 橋梁設(shè)計與實(shí)際筋施工中預(yù)應(yīng)力布置的特點(diǎn)，成功引入CAGD 中的非均勻B-Spline 模擬空間曲線型預(yù)應(yīng)力筋，成為課題研究的理論前提?！　?、研究了橋梁結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力損失產(chǎn)生機(jī)理，推導(dǎo)出任意空間曲線型預(yù)應(yīng)力筋的摩擦損失和考慮反摩阻力影響的錨具回縮損失的數(shù)值公式；　　3、根據(jù)預(yù)應(yīng)力等代荷載原理，實(shí)現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力效應(yīng)，即錨固端集中力和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力徑向力在實(shí)體單元中的等效轉(zhuǎn)換，該方法對各類實(shí)體單元具有通用性；　　4、鑒于橋梁截面多樣化特點(diǎn)，提出一套約束Delaunay 三角網(wǎng)格劃分方法，并針對實(shí)體模型，研究了截面幾何特性、截面內(nèi)力和正截面抗彎承載能力計算理論。　　5、實(shí)現(xiàn)了實(shí)體模型下的截面切片可視化以及相關(guān)配套技術(shù)，為橋梁精細(xì)化分析和處理大容量結(jié)果分析數(shù)據(jù)提供了一條可選途徑。　　6、基于WINDOWS 消息處理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對ANSYS 軟件的無縫控制。采用Fortran 語言和C++面向?qū)ο缶幊蹋_發(fā)出基于ANSYS 與MATLAB 平臺的PC 橋梁分析模塊，實(shí)現(xiàn)了實(shí)體模型下的曲線PC 箱梁橋的靜力分析。　　由于以ANSYS 和MATLAB 平臺為依托，上述成果的實(shí)現(xiàn)只編寫了少量程序代碼，卻能利用ANSYS 前、后處理、求解器和MATLAB C++數(shù)學(xué)庫等強(qiáng)大功能，說明本文嘗試的軟件開發(fā)途徑是有效的?！　”疚牡难芯繉τ谔岣逷C 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計水平和效率，普及三維實(shí)體有限元技術(shù)的應(yīng)用，拓展專業(yè)模塊軟件的開發(fā)途徑具有重要的理論意義和實(shí)用價值?！　?

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