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目录
几何建模
_
截面定义
…
•
…
.
有限元建模
核心计算模块
结果显示
一
[
绪论
..................................
1.1
"SStaiSSSimS
与
i
展现荻
…
.
1.1.1
国内外抗震分析软件发展现状
……
.
国外抗震分析软件发展概况
1.1
丄
2
国内抗離分析软件发展概况
1.1.2
抗屣分析系统未来发展方向
.....
1.2
研究背景和项目意义
.................
1.3
本文研究难点
............. ..........
1.4
本文主要研究内容
...................
2
BAS
系统结构设计
........................
2.1
系统简介
...........................
2.2
基本设计概念
.......................
2.3
系统的结构及组成
...................
2.3.1
2.3.2
2.3.3
234
2.3.5
2.4
其他相关部分
..........................
2.4.1
系统文档管理机制
................
2.4.2
交互命令管理机制
................
2.4.3
用户界面设计
....................
3
DWG/DXF
数据接口及模板化建模方式
.........
3.1
与
AutoCAD
的无缝接合
................
3.1.1
OpenDWG
..........................................
3.1.2
数据接口的实现
..................
3.2
模板化建模方式
........................
4
BAS
的数据文件及系统集成
..................
4.1
BAS
系统快速建模的数据文件格式
.......
4.2
数据输入文件的读取实现
...............
4.3
核心计算模块与前后处理系统的链接
.....
4.3.1
数据文件的生成
..................
4.3.2
结果数据的读取
..................
5
核心计算模块
................................
5.1
程序组织结构
..........................
5.1.1
节点输入数据和节点自由度
........
5.1.2
单元刚度矩阵和质量矩阵计算
......
5.1.3
结构整体刚度矩阵和质量矩阵的生成
5.2
单元类型
..............................
5.2.1
空间桁架单元
....................
5.2.2
空间梁单元
......................
5.2.3
弹簧单元
........................
5.3
静力分析
..............................
5.3.1
LDl
;
分解法基本原理
.............
5.3.2
程序实现
........................
5.4
振型分析
..............................
…
9
.11
.12
,12
.14
.14
.16
.16
.17
.17
J9
.19
.20
.20
.20
.21
.22
.23
.24
.24
.26
.29
.33
.33
.42
.44
・
44
,44
.46
.46
,46
,48
,49
.51
,51
,53
.58
.59
.59
.60
.62
5.4.1
多自由度阵型分析
..............
5.4.2
子空间迭代法
..................
5.5
反应谱分析
..........................
5.5.1
多模态反应谱分析
..............
5.5.2
反应谱组合
.....................
5.6
时程分析
............................
561
线弹性时程分析方法一振型叠加法.
5.63
逐步积分方法
:
Newmark
一
0
法
6
工程实例
..................................
6.1
工程概况
............................
6.2
振型比较
.............................
6.3
自重下内力比较
......................
6.4
反应谱内力比较
......................
6.5
时程内力比较
........................
6.6
其他实例
............................
6.7
结论
.................................
7
结论与展望
................................
7.1
主要研究成果
........................
7.2
未来展望
............................
参考文献
.....................................
致谢
.........................................
.62
,64
.67
.67
.68
,70
,70
.71
.76
76
.78
,84
,85
.87
88
.89
91
91
91
94
96
II
第一章绪论
1
绪论
1-1
桥梁抗震分析软件的研究与发展现状
20
世纪
50
年代中期至
60
年代末
,
有限元法出现并迅速发展
,
全世界范围内都投入大
量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序
,
其中最为著名的是由美国国家宇航
局
(NASA
)在
1965
年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的
NASTRAN
有
限元分析系统
。
该系统发展至今已有几十个版本
,
是目前世界上规模最大
、
功能最强的有
限元分析系统
。
从那时到现在
,
世界各地的研究机构和大学也发展了一批规模较小但使用
灵活
、
价格较低的专用或通用有限元分析软件
,
主要有德国的
ASKA
、
英国的
PAFEC
、
法国的
SYSTUS
、
美国的
ABAQUS
、
ADINA
、
SAP
、
ANSYS
、
BERSAFE
、
BOSOR
、
COSMOS
、
ELAS
、
Marc
和
STARDYNE
等公司的产品
。
可运用于结构抗震分析的软件
,
最早的是
Berkeley
大学
E.L.Wilson
教授领导开发的
SAP5
程序
,
其动力分析部分可进行反应谱分析
、
强迫振动分析
、
振型叠加分析及时程分析
等
,
但是其只限于线弹性分析
:
后来又有了
ELWilson,
KJ.Bathe
等编制的
NONSAP
以及
K.J.Bathe
转到
MIT
后领导开发的
ADINA
等结构非线性分析程序
,
这些程序起初都是在早
期的操作系统下开发完成的
,
没有可视化的前后处理系统
。
近年來
,
随着电子计算机技术
的发展
,
CAE
(Computer
Aided
Engineering)
软件技术也实现了质的飞跃
,
从解题功能和
速度到前后处理系统上
,
都取得了了很大的进步
。
1.1.1
国内外抗震分析软件发展现状
桥梁抗屣分析主要是进行桥梁结构的动力分析
,
包括振型分析
、
反应谱分析
、
时程分
析等
,
很多大型的通用软件都具备这些功能
。
国内外的科研
、
设计和咨询等部门进行抗震
分析时一般都直接采用大型通用软件
,
本小节分别介绍国外和国内具有代表性的几个软件
系统
。
1.1.1.1
国外抗震分析软件发展概况
1.
ANSYS
⑴
ANSYS
软件是融结构
、
流体
、
电场
、
磁场和声场分析于一体的大型通用有限元分析软
交通部公路科学研究院硕上论文
件
,
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国
ANSYS
开发
,
提供与多数
CAD
软件
的接口
,
实现数据共享和交换
,
如
Pro/Enginecr.
NASTRAN,
ALGOR,
I-DEAS,
AutoCAD
等
,
是现代产品设计中的高级
CAD
工具之一
。
软件主要包括三个部分
:
前处理
模块
,
分析计算模块和后处理模块
。
前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工
具
,
用户可以方便地构造有限元模型
;
分析计算模块包括结构分析
(
线性分析
、
非线性分
析和高度非线性分析
)
、
流体动力学分析
、
电磁场分析
、
声场分析.压电分析以及多物理场
的耦合分析
,
可模拟多种物理介质的相互作用
,
具有灵敏度分析及优化分析能力
;后处理
模块可将计算结果以彩色等值线
、
梯度.矢量
、
粒子流迹
、
立体切片
、
透明及半透明等图
形方式显示出来
,
也可将计算结果以图表
、
曲线形式显示或输出
。
软件提供了
100
种以上
的单元类型
,
用来模拟工程中的各种结构和材料
。
ANSYS
同时还提供了宏
(
MACRO
)
、
参数设计语言
(
APDL
)
、
用户界面设计语
g
(
UIDL
)
和用户可编程特性
(
UPFs
)
几种二次开发工具
。
宏是指存在于一个文件中被反复使用的一
系列
ANSYS
命令集
;
APDL
实现了
ANSYS
参数命令集
,
这一功能允许在分析内部建立输
入子程序
,
从而实现了对传统有限元分析功能的扩展
:
UIDL
也是一种程序化的语
=,
它允
许用户改变
ANSYS
的图形界面
(
GUI
)
中的一些组项
,
从而提供了一种使用户灵活使用
、
按个人喜好来组织设计
ANSYS
图形用户界面的强有力工具
,
它在
ANSYS
的命令重组
、
架
设其它用户程序与
ANSYS
之间的桥梁方面起到了重要的作用
:
用户可编程特性
(
UPFs
)
允许用户连接自己的
Fortran
或
C
程序和子过程
,
它充分显示了
ANSYS
的开放式体系
。
2.
CivilFEM
西班牙人开发的
CivilFEM
是在
ANSYS
基础上二次开发出的土木工程专用软件包
,
可
研究各种类型的土木工程结构
,
比如钢结构
、
房屋建筑
、
桥梁
、
大坝
、
洞室与隧道
、
地下
建筑物等的受力
、
变形
、
稳定性及地震响应等情况
,
从力学计算
、
组合分析及规范验算与
设计等方面提岀了全面的解决方案
,
为结构工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段
。
其在
ANSYS
的基础上开发了三个专业模块
,
分别为桥梁•土木非线性模块、
预应力混凝土
模块
、
岩土工程模块
,
使用户操作更加快捷简单
。
利用这三个模块可以很方便的定义预应
力钢筋
,
计算预应力损失以及方便的考虑普通钢筋
,
计算裂缝宽度
,
预先定义好的截面可
以缩短建模的时间
。
3
・
LUSAS
LUSAS
软件可以解决动力学和热学以及混合式材料学问题的有限元分析
,
为各种线性
第一章绪论
和非线性的应力
、
动力及温度场分析问题提供准确的解决方案
。
此款软件包括四个软件包:
LUSAS
Bridge
/
LUSAS
Bridge
plus,
LUSAS
Composite,
LUSAS
Civil
&
Structural
/
LUSAS
Civil
&
Structural
plus,
LUSAS
Analyste
LUSAS
Bridge
/
LUSAS
Bridge
plus
用于桥梁工程的分析
、
设计和评估
;
LUSAS
Composite
用于复合产品或构件的设计
:
LUSAS
Civil
&
Structural
/
LUSAS
Civil
&
Structural
phis
用于土木
、
建筑
、
核
、
地震
、
岩土和离岸工程
;
LUSASAnalyst
用于汽车
、
航空
、
防御
工程
、
制造业和其他一些工程的分析
。
针对桥梁工程
,
用户不仅可以在程序界面快速的实现桥梁的建模与分析
,
其自带的
LUSAS
二次开发能力可以帮助用户指定自己喜欢的建模
、
分析工具
,
这在帮助工程师节约
重复分析时间方面是极其重要的
。
事实上各个专业模块里面的很多工具都是用其脚本语言
开发岀来的
,
它与
ANSYS
等参数语言有很多相似的地方
。
4.
ALGOR®
ALGOR
软件是在我国工程界十分熟悉的有限元分析软件
SAP5
和
ADINA
基础上发展
起来的
。
它的第一个版本运行于微机
DOS
操作系统
,
而
ALGOR
在
1995
年就已推出了
Windows95
环境下运行的
ALGOR95o
1998
年又推出了全新的基于
Windows95/98
和
WindowsNT
操作系统的全
32
位有限元分析软件
ALGOR98
。
2006
年发布最新
ALGOR
版
本
ALGOR
V19,
提供了全新的平台支持
,
其所有的分析类型均支持
64
位
Windows
以及
32
位和
64
位
Red
Hat
Linux
操作系统
。
作为世界著名的大型通用工程仿真软件
,
被广泛应用于各个行业的设计
、
有限元分析
、
机械运动仿真中
,
包括静力
、
动力
、
流体
、
热传导、
电磁场和管道工艺流程设计等
。
ALGOR
软件在分析上的功能十分强大
,
不仅可以进行一般性的线性应力分析
、
非线性
应力分析
、
线性和非线性的动力分析
、
瞬态和稳态的热传导分析
、
二维和三维的稳态和非
稳态的流体流动分析
、
电场分析和非线性机械运动分析等
,
还可以进行多场的耦合分析
。
ALGOR
软件内置了一个
CAD
数据交换分析模块
(InCAD
Designer).
通过该模块与大
多数
CAD
软件之间进行下列分析中用到的
CAD/CAE
数据交换:线性材料模型的静力分析,
线性动力学分析
,
以及稳态和瞬态的热传导分析
。
主要可用于数据交换的
CAD
软件有
:
Autodesk
Inventor,
CADKEY.
Pro/ENGINEER>
Solid
Edge,
Solid
Works
等
。
5,
ABAQUS
⑴
ABAQUS
是国际上最先进的大型通用非线性有限元计算分析软件之一
,
是美国
HKS
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