本文關(guān)鍵詞：H-P型有限單元法在水工結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用研究

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【摘要】：在最近的30多年中,隨著電子計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展,有限元法已經(jīng)迅速發(fā)展成為一種重要的數(shù)值計(jì)算方法,并被廣泛的應(yīng)用于解決大規(guī)模的科學(xué)和工程問(wèn)題,成功的解決了一大批實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題。在工程計(jì)算領(lǐng)域中,起初有限元法被運(yùn)用于土木工程、汽車工業(yè)和航空航天工業(yè)等結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域,現(xiàn)在它幾乎已滲透到了科學(xué)和工程的每一個(gè)學(xué)科,比如材料科學(xué),生物學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)等。在水工建筑物的設(shè)計(jì)和研究中,有限元法也已被廣泛采用。但由于各種原因(例如在混凝土重力壩應(yīng)力和位移的有限元計(jì)算中出現(xiàn)的奇性現(xiàn)象等),有限元法還沒(méi)能成為主要的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法。有限元法,特別是現(xiàn)代有限元法,在水工結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。本文在系統(tǒng)學(xué)習(xí)p和h-p型有限單元法的基本理論的基礎(chǔ)上,運(yùn)用美國(guó)ESRD (Engineering Software Research Development, Inc)公司的StressCheck有限元計(jì)算分析軟件作為計(jì)算工具,對(duì)p和h-p型有限元法在水工結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用進(jìn)行了探討,我們選取了L型鋼板在受到側(cè)面壓力下的應(yīng)力和最大位移計(jì)算和混凝土重力壩應(yīng)力和位移的計(jì)算兩個(gè)模型,具體研究分析了p和h-p型有限元法在水工建筑物的設(shè)計(jì)和計(jì)算中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,并與基于h型有限元法計(jì)算軟件ANSYS的計(jì)算結(jié)果作了分析對(duì)比,結(jié)果表明p和h-p型有限元法在水工結(jié)構(gòu)分析中是有效和可靠的,它比h型有限元法具有網(wǎng)格劃分少,收斂速度快,計(jì)算精度高和誤差小的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際計(jì)算表明,h-p型有限元法在水工結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用是切實(shí)可行的。最后,通過(guò)對(duì)兩種不同模型的計(jì)算結(jié)果的分析比較,我們得到如下結(jié)果：(1)對(duì)于受到側(cè)面壓力的L型鋼板,采用基于p和h-p型有限元法的StressCheck計(jì)算所得到的結(jié)果優(yōu)于采用基于h型有限元法的ANSYS所得到的計(jì)算結(jié)果,其應(yīng)力和位移的計(jì)算結(jié)果的誤差比ANSYS的相應(yīng)計(jì)算結(jié)果的誤差要小。(2)對(duì)于混凝土重力壩模型,采用基于p和h-p型有限元法的StressCheck計(jì)算所得到的結(jié)果也要優(yōu)于基于h型有限元法的ANSYS計(jì)算結(jié)果,而且具有網(wǎng)格剖分少,收斂速度快和計(jì)算精度高的優(yōu)點(diǎn)。(3)對(duì)于目前文獻(xiàn)中還很少的h-p型有限元法在水工建筑物的設(shè)計(jì)和研究中的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了論述和探討,并且通過(guò)兩種不同模型的計(jì)算對(duì)h-p型有限元法在水工建筑物中的計(jì)算結(jié)果與h型有限元法和p型有限元法的計(jì)算結(jié)果作了分析對(duì)比,結(jié)果證明,相比h型有限元法和P型有限元法,h-p型有限元法的計(jì)算結(jié)果是最優(yōu)的。(4)h-p型有限元法通過(guò)同時(shí)減小網(wǎng)格尺寸和提高插值多項(xiàng)式的階數(shù)而實(shí)現(xiàn)較高的計(jì)算精度在相對(duì)較少的網(wǎng)格下而得到較小的誤差,而且在高階計(jì)算時(shí)可以利用低階的計(jì)算結(jié)果,避免了重復(fù)計(jì)算,大大減少了計(jì)算工作量。本文為有限元法在水工結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用提供了新的手段。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TV314

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本文編號(hào)：1257069