桥梁结构分析的有限元法(62页)
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基于有限元模式下的桥梁结构分析前言有限元法(finite element method)是一种高效能、常用的计算方法。
有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的,所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中(这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系)。
自从1969年以来,某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法(Galerki n)或最小二乘法等同样获得了有限元方程,因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中,而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系。
基本思想:由解给定的泊松方程化为求解泛函的极值问题。
关键词结构划分分割单元分析一有限元运用原理将连续的求解域离散为一组单元的组合体,用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数,近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。
从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。
二有限元运用步骤步骤1:剖分:将待解区域进行分割,离散成有限个元素的集合•元素(单元)的形状原则上是任意的.二维问题一般采用三角形单元或矩形单元,三维空间可采用四面体或多面体等•每个单元的顶点称为节点(或结点)步骤2:单元分析:进行分片插值,即将分割单元中任意点的未知函数用该分割单元中形状函数及离散网格点上的函数值展开,即建立一个线性插值函数步骤3:求解近似变分方程用有限个单元将连续体离散化,通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。
有限元法把连续体离散成有限个单元:杆系结构的单元是每一个杆件;连续体的单元是各种形状(如三角形、四边形、六面体等)的单元体。
每个单元的场函数是只包含有限个待定节点参量的简单场函数,这些单元场函数的集合就能近似代表整个连续体的场函数。
根据能量方程或加权残量方程可建立有限个待定参量的代数方程组,求解此离散方程组就得到有限元法的数值解。
有限元法已被用于求解线性和非线性问题,并建立了各种有限元模型,如协调、不协调、混合、杂交、拟协调元等。
2019年7月术桥梁结构的有限元分析张艳(齐鲁交通发展集团有限公司建设管理分公司,山东济南250000)[摘要]对桥梁结构进行有限元分析的步骤进行了总结,结合工程实例,运用Midas/civil有限元分析软件对其进行有限元模型的建立,计算模型参数的选取,计算荷载的选取,施工段的划分和建模,为后续设计和施工奠定了坚实的理论基础。
[关键词]桥梁结构;有限元;建模文章编号:2095-4085(2019)07-0087-021桥梁结构有限元分析的步骤1.1数据准备及离散化其主要步骤是进行结构体系离散化和计算相关参数,实际操作步骤如下。
(1)在进行结构体系离散化过程需要注意的是,将常规的计量模型分解为有限个单元体,再对相应的节点进行布设,将各个单元体之间的参数进行连接,构成一个可以将各个单元体连接在一起的集合。
(2)确定相关参数,对各类数据进行整理,通过相关软件对荷载,力学等数据进行计算,确保计算数据的正确性。
1.2单元分析用单元体的结点位移来表示各个单元体的位移,应力,应变,再进行计算分析,以便能够快速的确定结点位移分布的函数关系,一般我们将这种函数关系命名为位移模式或插值模式,根据单元的自由度和解的收敛性要求,选择多项式的项数和阶次。
并且这种单元结点位移表示结点力的函数关系式为:{川e二[K]e⑻%1.3荷载分析处理对于非结点荷载和结点荷载的分析处理要求计算相关数据,并推出结构所受荷载的等效结点荷载列阵。
1.4建立整体结构矩阵平衡方程该部分的内容是将各个单元的刚度矩阵组集成整个结构的刚度矩阵及将各个单元的等效结点力列阵组集成总的荷载列阵。
1.5引入支座约束条件得到未知结点位移的唯一解必须要输入约束条件,由于不能确定未知结点位移的解,所以整体结构矩阵平衡方程中并没有支座约束条件的参数。
1.6求解结构矩阵平衡方程,计算单元应力通过求解引入支座约束条件的整体结构矩阵平衡方程,得到未知结点位移。
然后对各个单元进行分析,计算出单元应力。
第二章–桥梁结构有限元法及可视化软件的开发在桥梁建设中,结构的安全性和稳定性至关重要。
有限元分析是一种常用的方法,可以在建设桥梁之前模拟结构,确保其能够承受负载和抵御自然灾害的影响。
近年来,有限元分析的计算机程序已经逐渐普及,为桥梁设计建设提供了更多的支持。
本章主要讨论有限元分析和可视化软件开发。
在这个过程中,我们将介绍有限元方法的原理和应用。
此外,我们还将讨论如何构建可视化软件以更好地利用有限元分析模型。
有限元方法有限元法(FEM)是一种以数值分析为基础的工程方法,它用于模拟和分析结构物的特定已知条件下的行为。
在建筑领域中,有限元法可以用于确定建筑物的荷载和应力行为,并预测可能的结构问题。
有限元法可以在电子计算机上运行,因此可以更高效地执行,以便进行必要的计算。
有限元方法的原理有限元法的主要思想是将结构物分成许多非常小的部分(称为有限元),然后对每个部分进行数学建模。
这些部分是以三角形或四边形等多边形的形式定义的,每个部分都通过数学函数来描述。
用于建立每个元素的适当数学函数被称为形状函数。
在有限元模型的计算过程中,结构物被看作是由有限元素组成的系统。
对于每个有限元素,可以在该元素中定义一个节点来表示该元素的端点。
在此过程中,可以对节点应用各种荷载或约束条件。
有限元法的主要应用之一是为桥梁建设创建模型。
在桥梁模型中,各种因素(如重量、温度、荷载等)被定义为荷载,并将它们应用于系统中的各个节点。
通过运行模拟,可以预测结构物的应力行为、变形等方面。
有限元模型的应用有限元法的应用主要分为两类:静态和动态。
在静态有限元分析中,考虑结构静态变形和结构的响应,这些分析可以进行结构设计优化和结构的安全性分析。
在动态有限元分析中,考虑结构在特定时间因素下如何受力变形以及如何应对自然灾害等情况。
有限元分析的准确性取决于多方面的因素,如模型的准确性、荷载的准确性、边界条件的准确性等。
在实际应用中,有限元分析应仔细检查这些因素的质量,以确保得到准确的结果。