本文選題：結(jié)構(gòu)系統(tǒng) + 有限體積法　； 參考：《哈爾濱工程大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：在結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)中,考慮各種隨機(jī)因素影響的觀(guān)點(diǎn)逐步被學(xué)者們接受。開(kāi)展結(jié)構(gòu)隨機(jī)分析與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性分析具有十分重要的意義。目前,結(jié)構(gòu)元件的可靠性理論的發(fā)展已經(jīng)比較成熟,但是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性理論的發(fā)展相對(duì)而言比較遲緩。如何給出結(jié)構(gòu)響應(yīng)量與隨機(jī)變量之間的顯式表達(dá)式是結(jié)構(gòu)隨機(jī)分析與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性分析的難點(diǎn)之一,這一問(wèn)題尚未得到很好的解決。因此,本文針對(duì)該問(wèn)題提出了采用有限體積法研究結(jié)構(gòu)的隨機(jī)分析及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性分析,該方法能夠很好的解決這一難點(diǎn)問(wèn)題。有限體積法在計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。該方法思想簡(jiǎn)單、容易實(shí)施,且得到的方程具有明確的物理意義,其因變量在控制體上滿(mǎn)足積分守恒。在解決結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)隨機(jī)分析問(wèn)題時(shí),有限體積法采用顯式算法,能夠給出結(jié)構(gòu)響應(yīng)量與隨機(jī)變量之間的顯式表達(dá)式,使得結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的隨機(jī)分析問(wèn)題容易實(shí)現(xiàn),為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性分析奠定了理論基礎(chǔ)。根據(jù)有限體積法的基本理論,建立了有限體積法的基本控制方程,采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格推導(dǎo)了有限體積法控制方程的數(shù)值離散計(jì)算格式,并給出了求解結(jié)構(gòu)靜力學(xué)與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的基本過(guò)程。并通過(guò)算例分析,將有限體積法的計(jì)算結(jié)果分別與解析解和有限單元法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了該方法的正確性,也證明了該方法具有較好的計(jì)算精度和較高的計(jì)算效率。開(kāi)展了基于有限體積法的實(shí)體結(jié)構(gòu)靜力學(xué)隨機(jī)分析。將攝動(dòng)法與有限體積法結(jié)合,建立了實(shí)體結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)隨機(jī)分析的基本模型,推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)隨機(jī)分析的基本方程,并通過(guò)自編的計(jì)算機(jī)程序計(jì)算了實(shí)體結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)隨機(jī)分析問(wèn)題,并用蒙特卡羅法驗(yàn)證了該方法的正確性,也證明了該方法具有較高的計(jì)算效率,可為結(jié)構(gòu)可靠性分析提供理論基礎(chǔ)。研究了基于有限體積法的實(shí)體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)隨機(jī)分析問(wèn)題,結(jié)合攝動(dòng)法與有限體積法建立了實(shí)體結(jié)構(gòu)隨機(jī)分析的基本方程,推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)響應(yīng)量與隨機(jī)變量之間的顯式表達(dá)式,并給出了實(shí)體結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)隨機(jī)分析問(wèn)題的基本求解過(guò)程�？紤]載荷與結(jié)構(gòu)具有隨機(jī)性,計(jì)算了實(shí)體結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)隨機(jī)分析問(wèn)題,并與蒙特卡羅法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,證明了該方法的正確性和可行性,解決了結(jié)構(gòu)隨機(jī)分析及可靠性分析的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。最后,基于有限體積法研究了實(shí)體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的疲勞可靠性分析問(wèn)題。建立了實(shí)體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的疲勞可靠性分析模型,提出了基于有限體積法的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)疲勞失效的判別準(zhǔn)則,給出了搜索結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要失效模式的基本過(guò)程,計(jì)算了實(shí)體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的疲勞失效概率和可靠度,得到的結(jié)果是符合實(shí)際的,為進(jìn)一步在工程中的應(yīng)用提供了理論參考。
[Abstract]:In structural analysis and design, the idea of considering the influence of various random factors has gradually been accepted by scholars. It is very important to carry out random structural analysis and structural system reliability analysis. At present, the reliability theory of structural components has been developed more mature, but the reliability theory of structural systems is relatively slow. How to give the explicit expression between structural response and random variables is one of the difficulties in structural stochastic analysis and structural system reliability analysis, which has not been solved well. Therefore, in this paper, the finite volume method is used to study the stochastic analysis of structures and the reliability analysis of structural systems. This method can solve this difficult problem very well. Finite volume method is widely used in computational fluid dynamics. The method is simple and easy to implement, and the equations obtained have clear physical significance, and the dependent variables satisfy the conservation of integrals on the control body. In solving the stochastic analysis problem of structural dynamics, the explicit algorithm is used in the finite volume method, and the explicit expression between the structural response quantity and the random variables can be given, which makes the stochastic analysis problem of structural dynamics easy to realize. It lays a theoretical foundation for reliability analysis of structural system. According to the basic theory of the finite volume method, the basic governing equation of the finite volume method is established, and the numerical discrete calculation scheme of the control equation of the finite volume method is derived by using the unstructured grid. The basic process of solving structural statics and structural dynamics problems is also given. The results of finite volume method are compared with those of analytical solution and finite element method, and the correctness of the method is verified. It is also proved that this method has better calculation accuracy and higher calculation efficiency. The statics random analysis of solid structures based on finite volume method is carried out. By combining perturbation method with finite volume method, the basic model of statics random analysis of solid structure is established, and the basic equation of statics random analysis of structure is derived. The static random analysis problem of solid structure is calculated by computer program, the correctness of the method is verified by Monte Carlo method, and the efficiency of this method is proved. It can provide a theoretical basis for structural reliability analysis. The dynamic stochastic analysis of solid structures based on finite volume method is studied. The basic equations of stochastic analysis of solid structures are established by means of perturbation method and finite volume method. The explicit expressions between structural responses and random variables are derived. The basic process of solving the stochastic analysis problem of solid structure dynamics is also given. Considering the randomness of load and structure, the stochastic analysis problem of solid structure dynamics is calculated, and compared with the result of Monte Carlo method, the correctness and feasibility of the method are proved. A difficult problem of stochastic analysis and reliability analysis is solved. Finally, the fatigue reliability analysis of solid structure system is studied based on finite volume method. The fatigue reliability analysis model of solid structure system is established, and the criterion of fatigue failure based on finite volume method is proposed, and the basic process of searching the main failure modes of structure system is given. The fatigue failure probability and reliability of the solid structure system are calculated, and the results are in line with the reality, which provides a theoretical reference for further application in engineering.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB114.3

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本文編號(hào)：2075099