熱—結(jié)構(gòu)耦合數(shù)值模擬軟件框架設(shè)計和基本實現(xiàn).pdf

1、在土木工程中，鋼結(jié)構(gòu)的焊接、大體積混凝土水化熱等問題都需要考慮溫度對結(jié)構(gòu)的影響，同時，位移率較高的情況下熱-結(jié)構(gòu)耦合因素也不容忽視。這對實際工程結(jié)構(gòu)問題的求解帶來困難，所以需要尋找一個有效的求解工具對這類需要考慮熱-結(jié)構(gòu)耦合因素的問題進行求解。而有限單元法則是現(xiàn)在較為成熟的計算方法。 有限單元法發(fā)展至今，已經(jīng)成為工程數(shù)值分析的有力工具。特別是在固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域內(nèi)，有限單元法取得了巨大進展，利用它已經(jīng)成功地解決了一大批有重大

2、意義的問題，很多通用程序和專用程序投入了實際應(yīng)用。 本文以實際工程項目為依托，以固體力學(xué)和溫度場基本理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建有限單元程序的基本框架，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計完成熱.結(jié)構(gòu)耦合有限元分析程序，為解決工程問題提供指導(dǎo)。 論文所做的主要工作敘述如下： (1)研究固體結(jié)構(gòu)和熱傳導(dǎo)分析的基本理論，作為有限元軟件框架設(shè)計的理論基礎(chǔ)。 (2)構(gòu)建有限元程序基本框架。結(jié)合開源有限元程序和現(xiàn)有的基本理論，構(gòu)建有限元程序的基本

3、框架。在構(gòu)建該框架的過程中抽象出了有限元分析的基本類和數(shù)據(jù)類型。 (3)根據(jù)哈密頓原理和熱流勢最小作用量原理推導(dǎo)得到熱-結(jié)構(gòu)耦合問題有限元格式。根據(jù)兩個基本原理得到的有限元方程分別為耦合結(jié)構(gòu)動力方程和耦合瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方程。求解這兩個方程即可得到熱-結(jié)構(gòu)耦合問題的位移場和溫度場。 (4)以上述構(gòu)建完成的有限元程序框架為平臺，熱-結(jié)構(gòu)耦合有限元格式為基礎(chǔ)，實現(xiàn)熱-結(jié)構(gòu)耦合有限元程序的設(shè)計。并用簡單例題對該程序進行測試，測試結(jié)果