基于多点约束的多尺度建模方法研究

发布时间：2017-07-05 19:07

  本文关键词：基于多点约束的多尺度建模方法研究

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【摘要】：大型建筑节点尺寸巨大且其结构破坏往往开始于连接细部。现阶段的单一尺度有限元建模方法不能同时满足效率与精度的要求,这使得结构多尺度建模方法具有一定的研究价值和意义。本文采用多点约束法建立并行一致多尺度模型,考虑到现有界面连接方法的不足,提出修正后多尺度界面连接方法,推导出耦合界面处节点的位移连接方程,以此实现不同单元间的多尺度连接,并采用ABAQUS有限元软件,进行算例验证和对比分析,证明本文方法的合理性。具体研究成果如下:基于多点约束的多尺度界面连接方法研究。分析单独运用耦合节点位移协调原理和做功相等原理的多尺度界面连接方法的局限性,提出本文修正后多尺度连接方法,并推导界面处节点位移连接基本方程,实现平面梁-板单元及空间梁-实体单元的多尺度连接。以矩形截面为例,给出具体多尺度连接方程表达式。基于修正方法的多尺度模型数值模拟。分别进行平面梁-板单元多尺度模型和梁-实体单元多尺度模型的算例分析,通过与精细单元模型对比,证明本文方法的合理性与可行性。分析界面处连接点个数对于本文方法精度的影响,给出不同连接点数多尺度模型的误差变化趋势。介绍了几种常用的多尺度耦合方法,并以梁-实体单元多尺度模型为例,进行不同工况下的对比分析,比较不同耦合方法的应力变化和塑性发展情况,指出不同方法各自的局限性和本文方法的优越性。基于修正方法的框架结构多尺度模型分析。建立框架结构多尺度模型,对框架结构进行模态分析、静力弹塑性加载分析和动力时程分析,对比多尺度模型、精细模型与宏观模型的动力特性、计算时间、关键部位应力变化与塑性发展情况等判断指标,进一步证明多尺度模型的准确性和效率性。
【关键词】：结构多尺度 多点约束 耦合方程 位移协调 框架多尺度建模
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU318
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题来源及研究目的和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究目的和意义9-10
• 1.2 本课题的国内外研究现状及分析10-15
• 1.2.1 材料多尺度研究现状10-11
• 1.2.2 结构多尺度研究现状11-14
• 1.2.3 结构多尺度界面连接方法研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 第2章 基于多点约束的多尺度界面连接方法研究17-28
• 2.1 引言17
• 2.2 多尺度界面连接理论方法研究17-23
• 2.2.1 基于节点位移协调的多尺度界面连接方法18-19
• 2.2.2 基于节点做功相等的多尺界面连接方法19-20
• 2.2.3 修正后多尺度界面连接方法20-23
• 2.3 典型结构构件单元多尺度界面连接约束方程推导23-27
• 2.3.1 平面梁-板单元界面连接约束方程推导23-24
• 2.3.2 梁-实体单元界面连接约束方程推导24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 基于修正方法的多尺度模型数值模拟28-63
• 3.1 引言28
• 3.2 平面梁-板单元多尺度建模28-34
• 3.2.1 分析模型建立28-29
• 3.2.2 平面梁-板单元多尺度模型算例分析29-34
• 3.3 梁-实体单元多尺度建模34-40
• 3.3.1 分析模型建立34-35
• 3.3.2 梁-实体单元多尺度模型算例分析35-40
• 3.4 多尺度界面的连接耦合40-45
• 3.4.1 全节点耦合连接误差分析40-43
• 3.4.2 二次耦合连接误差分析43-45
• 3.5 不同多尺度连接方法对比分析45-61
• 3.5.1 计算模型45-46
• 3.5.2 不同多尺度连接方法推导46-48
• 3.5.3 弹性阶段不同界面连接方法对比分析48-49
• 3.5.4 塑性阶段不同界面连接方法对比分析49-61
• 3.6 本章小结61-63
• 第4章 基于修正方法的框架结构多尺度模型分析63-77
• 4.1 引言63
• 4.2 框架结构多尺度模型建模方法63-67
• 4.2.1 分析模型介绍63-64
• 4.2.2 框架结构多尺度模型建立64-67
• 4.3 框架结构多尺度模型算例分析67-75
• 4.3.1 模态分析67-68
• 4.3.2 静力弹塑性分析68-73
• 4.3.3 地震动力时程分析73-75
• 4.4 本章小结75-77
• 结论77-78
• 参考文献78-83
• 致谢83

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本文编号：523207