H-P型有限单元法在水工结构分析中的应用研究

发布时间：2017-12-06 02:27

  本文关键词：H-P型有限单元法在水工结构分析中的应用研究

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【摘要】：在最近的30多年中,随着电子计算机的飞速发展,有限元法已经迅速发展成为一种重要的数值计算方法,并被广泛的应用于解决大规模的科学和工程问题,成功的解决了一大批实际工程技术问题。在工程计算领域中,起初有限元法被运用于土木工程、汽车工业和航空航天工业等结构力学领域,现在它几乎已渗透到了科学和工程的每一个学科,比如材料科学,生物学和流体动力学等。在水工建筑物的设计和研究中,有限元法也已被广泛采用。但由于各种原因(例如在混凝土重力坝应力和位移的有限元计算中出现的奇性现象等),有限元法还没能成为主要的设计和计算方法。有限元法,特别是现代有限元法,在水工结构分析中的应用还有待进一步研究。本文在系统学习p和h-p型有限单元法的基本理论的基础上,运用美国ESRD (Engineering Software Research Development, Inc)公司的StressCheck有限元计算分析软件作为计算工具,对p和h-p型有限元法在水工结构分析中的应用进行了探讨,我们选取了L型钢板在受到侧面压力下的应力和最大位移计算和混凝土重力坝应力和位移的计算两个模型,具体研究分析了p和h-p型有限元法在水工建筑物的设计和计算中的实现过程,并与基于h型有限元法计算软件ANSYS的计算结果作了分析对比,结果表明p和h-p型有限元法在水工结构分析中是有效和可靠的,它比h型有限元法具有网格划分少,收敛速度快,计算精度高和误差小的优点。实际计算表明,h-p型有限元法在水工结构分析中的应用是切实可行的。最后,通过对两种不同模型的计算结果的分析比较,我们得到如下结果：(1)对于受到侧面压力的L型钢板,采用基于p和h-p型有限元法的StressCheck计算所得到的结果优于采用基于h型有限元法的ANSYS所得到的计算结果,其应力和位移的计算结果的误差比ANSYS的相应计算结果的误差要小。(2)对于混凝土重力坝模型,采用基于p和h-p型有限元法的StressCheck计算所得到的结果也要优于基于h型有限元法的ANSYS计算结果,而且具有网格剖分少,收敛速度快和计算精度高的优点。(3)对于目前文献中还很少的h-p型有限元法在水工建筑物的设计和研究中的具体实现过程作了论述和探讨,并且通过两种不同模型的计算对h-p型有限元法在水工建筑物中的计算结果与h型有限元法和p型有限元法的计算结果作了分析对比,结果证明,相比h型有限元法和P型有限元法,h-p型有限元法的计算结果是最优的。(4)h-p型有限元法通过同时减小网格尺寸和提高插值多项式的阶数而实现较高的计算精度在相对较少的网格下而得到较小的误差,而且在高阶计算时可以利用低阶的计算结果,避免了重复计算,大大减少了计算工作量。本文为有限元法在水工结构分析中的应用提供了新的手段。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV314

【参考文献】

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本文编号：1257069