连续刚构桥梁的参数化建模与分析方法研究

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随着计算机科学的发展,通用的有限元分析软件在近些年得到了十足的发展,在结构分析计算方面也日趋完善;在桥梁工程实际中,MIDAS/CIVIL、桥梁博士等软件已广泛的应用于结构计算分析中,但是随着对于结构分析的精确度要求越来越高,上述桥梁有限元软件建模方法所采用的梁单元或者杆系单元无法满足现代桥梁设计计算的精度要求,而一些实体分析软件如MIDAS/FEA、ABAQUS建立桥梁结构实体模型时过程又比较复杂,目前在MIDAS/CIVIL中采用建模助手的方法可以大大的简化建模过程,仅仅通过一系列对话框中参数的输入即可实现建模过程;本论文针对现阶段有限元分析软件的不足之处,依托VS C++平台实现对连续刚构桥梁有限元实体网格的参数化建模。为实现对以上内容的掌握,主要从以下具体方面展开理论学习:①学习MFC对话框的编制过程,建立基于对话框程序来实现人机交互,用户只需要对整个桥梁基本参数的输入,即可实现对任意变截面单箱单室连续刚构桥的外轮廓的确定。②学习MIDAS/CIVIL、MIDAS/FEA、RCF、ABAQUS等软件的建模过程,研究分析连续刚构桥梁的受力特点以及设计要求,加深对桥梁孔跨布置以及截面各参数的认识了解,对结构各参数如箱梁高度、底板腹板变化规律以及双薄壁墩间距展开了对比分析;研究各软件在建模方法的优缺点,分析各有限元模型的计算结果。③研究桥梁结构横向、纵向各参数的设置与变化规律,通过对各项参数的理解,实现通过参数来建立桥梁截面外轮廓各点坐标的确定;研究各种截面网格划分的方法,通过比对最终确定采用基于CGAL的2D Delaunay三角形网格划分;研究映射机制,通过桥梁纵向任意截面的二维网格划分,采用面积坐标法以及等参坐标法,实现对整个桥梁上部结构的五面体6节点网格的划分;在整个桥梁上部结构网格划分完毕之后根据双薄壁墩的尺寸特点,找出桥墩结构的三维区间,根据其节点坐标沿桥墩高度方向进行映射,完成对桥墩结构的八节点六面体网格的划分;研究节点坐标以及节点编号规律,通过节点坐标建立单元拓扑(每个单元的节点编号)。④将节点数据以及单元拓扑生成INP文件导入ABAQUS软件实现中可视化以及计算分析,通过对同一实例的计算,进一步了解各软件建模过程中的优缺点,并且分析比对结果从而验证对于参数化建模网格划分的可行性以及正确性。最后,在文末对连续刚构桥三维网格划分方法进行了总结与展望,对参数化建模的不足之处提出了一些改进意见。
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