圆柱壳大变形弯曲分析的小波方法

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结构的大变形弯曲一直以来都是人们重点关注的话题,也是检验结构优劣的一个重要标准,因此在实际工程应用中对结构的大变形弯曲分析是必不可少的环节之一。已有的传统分析方法包括:有限元法和有限差分法等。近年来,圆柱壳结构作为一类新型结构,由于其独特的几何构型和良好性质被广泛应用于各个领域,例如:石油运输管道,拱形桥梁等。因此对于圆柱壳结构大变形弯曲的分析也就显得尤为重要。但由于圆柱壳的大变形弯曲问题涉及到高空间维数、强非线性以及复杂边界等诸多问题,计算存在困难。传统的有限元法和有限差分法对于强非线性问题并不适用且在求解分析时会出现剪力锁死的情况,无法完整表述结构变形的一系列特征,同时对于复杂结构的计算以上两种传统方法的计算量也过于巨大。因此本文将采取小波方法对圆柱壳体的大变形弯曲问题进数值求解分析。小波方法作为一类新兴的数值算法,由于其尺度基函数具有光滑性,正交性以及紧支撑等优良特性,使其可以避免在计算中出现剪力锁死的情况,很好克服传统方法缺陷的同时还可以保证极高的计算精度。因此在力学结构的分析中得到广泛应用,到目前为止小波方法已经在分析低维度梁和板的非线性变形问题中取得了良好成果。但对于高维度,非线性变形的复杂结构问题却从未涉及和验证过。本文首先在计算圆柱壳体弯曲变形之前给出了小波封闭解法的定义,并通过推导验证得出:小波封闭解法可以应用到强非线性问题的数值求解当中,然后在对圆柱壳体施以径向均布压力的条件下,对其弯曲变形进行数值求解和分析,并将所求得数值结果与有限元软件Abaqus的模拟结果进行对比。本文的研究主要成果如下:(1)本硕士学位论文针对两边简支且受径向均布载荷的圆柱壳体大变形弯曲问题,给出了运用小波数值方法求解的具体计算步骤与程序。(2)本论文把小波算法在力学结构中的应用范围扩展到了高维度,大变形的复杂结构中,并将圆柱壳在非线性条件下求出的数值结果与有限元方法对比后,得出小波数值算法适用于求解复杂的高维度圆柱壳体结构大变形问题的结论。
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