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原文传递悬索结构的非线性有限元分析

论文题名：	悬索结构的非线性有限元分析
关键词：	悬索结构;几何非线性;有限元分析;建筑结构;桥梁结构
摘要：	悬索结构具有经济、结构形式多样、布置灵活、能满足大跨度的需要等特点，近年来，它越来越多地应用到桥梁和房屋建筑结构中。随着悬索结构体系及其荷载形式越来越复杂，不少学者提出了各种计算分析方法。本文首先介绍了悬索结构的分析方法，其通常分为解析法和有限元法两大类。解析法只适用于结构形式和荷载形式都简单的情况；目前针对悬索结构的分析一般都采用有限元法，它适用于任何结构形式和荷载形式的悬索结构。因为有限元法中关于单元模型的选用直接影响到计算结果，本文介绍了目前主要的索单元模型，主要有两节点单元模型（包括两节点直线杆单元模型、两节点抛物线索单元模型、两节点悬链线索单元模型）和多节点等参索单元模型（包括三节点等参索单元模型、五节点等参索单元模型）。在较详细地介绍了各种单元模型的位移模式和形函数后，对各种单元模型进行了比较。在广泛阅读相关文献的基础上，本文比较了已有的单元模型的优缺点，提出了一种四节点等参曲线索单元有限元模型，并采用三次多项式作为位移插值函数，推导了形函数的具体表达式，基于Lagrangian轴向应变的定义建立了单元的几何关系。接着基于U.L坐标描述，从虚功原理出发推导出单元的平衡方程和单元切线刚度矩阵，引入边界处理条件集成了整体结构的平衡方程和总切线刚度矩阵，并采用Newton—Raphson法和增量法相结合的方法求解非线性方程组。本文利用Fortran 95标准语言编制了基于上述理论推导的有限元程序，将程序运用到小垂度单索结构、大垂度单索结构和索网结构的算例分析中，并将得到的计算结果与其他参考文献的结果比较。比较结果表明，本文的方法收敛速度快，计算精度高且计算用时少，可供悬索结构分析、设计时采用。
作者：	苏文章
专业：	工程力学
导师：	武建华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文