ABAQUS与时域边界元程序耦合问题研究

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有限元法由于大型通用有限元软件的存在,使得大多数初学者能够使用该方法从事课题研究;而边界元法主要存在学者自行编制的程序,这些边界元程序一般缺乏成熟的前后处理,所以边界元法与有限元法在应用软件方面发展并不平衡。有限元与边界元耦合法由于结合了有限元法分析近场非线性问题和边界元法分析无限域远场线性问题的优势,是一种很适合分析土-结构相互作用问题的方法。目前,有限元与边界元耦合法的研究工作都是基于有限元程序、边界元程序或自编程序实现的。针对广泛存在的有限元软件,为了使得有限元与边界元耦合法分析工程问题时能够利用有限元软件成熟的前后处理以及高效的非线性分析的功能。本文以ABAQUS为例,研究ABAQUS与时域边界元程序耦合问题。因此本文介绍了ABAQUS非线性动力学分析计算的原理,包括中心差分法和H.H.T方法,并简要阐述了时域边界元法。依据显式直接耦合法的计算原理,给出了中心差分法与时域边界元法耦合的计算步骤;依据隐式迭代耦合法的计算原理,给出了H.H.T方法和时域边界元法耦合的计算步骤,进而明确ABAQUS需要在给定力的条件下求解位移;时域边界元程序需要在给定位移的条件下求解力。为保证公共边界的协调与平衡,建立了ABAQUS与时域边界元程序的耦合系统。在耦合系统中,ABAQUS与时域边界元程序通过ABAQUS脚本接口和协调器可以很方便地实现数据交互。为解决ABAQUS与时域边界元程序耦合问题,利用建立的耦合系统,实现了一种显式直接耦合算法和一种隐式迭代耦合算法。本文最后分析了无限域孔洞和土-结构相互作用的无限域孔洞两个算例,两个算例的计算结果均证明了两种耦合算法的有效性与可行性。
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