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基于TL-CR列式的几何非线性壳单元研发
| 论文题名： | 基于TL-CR列式的几何非线性壳单元研发 |
| 关键词： | 大跨度桥梁;上部结构;几何非线性壳单元;TL-CR列式;非线性分析程序 |
| 摘要： | 随着桥梁工程的大跨度、新型化、轻质化发展，提高桥梁结构非线性有限元分析的精度和效率成为了迫切的重要工作。目前已有的国外商用有限元软件无法精确给出特定复杂条件下的大跨度桥梁结构有限元分析结果。提升大跨度桥梁设计关键技术和标准研究并将研究成果固化为软件，实现软件的自主可控具有十分重要的现实意义。壳单元由于其良好的单元性能和较快的求解速度成为桥梁上部结构有限元分析时常用的单元。为实现大跨度桥梁上部结构精细化分析软件的研发目标，本文主要进行了壳单元的有限元理论研究，开发了基于TL-CR列式的几何非线性壳单元，并编制了相应的非线性分析程序，对结构的大位移、大转动等几何非线性问题能够给出良好的结果。主要内容有： （1）编制了四节点薄壳和八节点等参厚薄通用壳单元的线性分析程序，通过算例验证了程序具有可行性和准确性，为后续几何非线性壳单元的开发和程序编制奠定了理论和实践基础。 （2）给出了壳单元不同时刻的各种构形和非线性有限元列式下的应力应变描述。使用TL-CR列式法建立壳单元几何非线性有限元方程，采用增量迭代混合法求解单元的非线性方程组。根据CR法将单元位移分解为不产生应变的刚体位移和纯变形，确定了基于CR法的单元纯变形和内力求解模式，确保了内力计算的精度。 （3）给出了基于TL-CR列式的四节点二十四自由度壳单元几何非线性分析求解流程，利用Fortran语言编制了相应的分析程序。其中，改进了壳单元内力计算方法，提高了编程的便捷性。通过经典算例分析，程序结果与软件结果误差保持在2%以内，证明了程序具有较高的分析精度。 |
| 作者： | 韩天楠 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 朱力 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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