粗糙網格劃分下的箱梁三維雜交元分析方法.pdf

1、箱梁屬于典型的空間薄壁結構，在外荷載作用下將發(fā)生彎曲、扭轉、翹曲、剪力滯和畸變等復雜變形，其受力分析的復雜性在整個橋梁結構分析中顯得尤為突出?，F(xiàn)有的箱梁分析方法主要可以分為三類：解析法、半解析法和數(shù)值法。解析法和半解析法雖具有建模簡單、計算量小的優(yōu)點，但同時存在計算精度差、不能適用于復雜截面箱梁計算的問題；數(shù)值法中的板殼有限元法和實體有限元法雖具有計算精度高、適應性強的優(yōu)點，但卻存在建模復雜、計算量大、計算結果不能直接用于工程設計的缺點

2、。因此，在現(xiàn)有的箱梁分析方法中，主要存在計算精度與計算效率之間的矛盾、計算效率與計算方法的適應性之間的矛盾以及計算結果與設計理論之間的矛盾。本文對粗糙網格劃分下的箱梁三維雜交元分析方法進行了探討。主要內容如下： ⑴針對箱梁分析中所存在的問題，在充分考慮箱梁受力變形特點的基礎上，提出了粗糙網格劃分下的箱梁三維實體有限元分析方法。為此，以修正的Hellinger—Reissner變分原理為基礎，通過合理引入非協(xié)調位移插值項，構造了六

3、面體八結點雜交應力單元8N21β和8N21βc，分別用于直箱梁和曲線箱梁的三維實體有限元分析。 ⑵數(shù)值試驗表明，通過合理構造單元應力場并對應力場實施分項罰數(shù)優(yōu)化，8N21β單元具有良好精度和力學性能，可完全消除自鎖問題。算例表明，8N21β單元和8N21βc單元可以實現(xiàn)粗糙網格劃分下的箱梁三維實體有限元分析，計算結果具有良好的精度。 ⑶提出的粗糙網格劃分下的箱梁三維雜交元分析方法在保證計算精度的前提下能有效提高箱梁分析的