熱—結構耦合數(shù)值模擬軟件框架設計和基本實現(xiàn).pdf

1、在土木工程中，鋼結構的焊接、大體積混凝土水化熱等問題都需要考慮溫度對結構的影響，同時，位移率較高的情況下熱-結構耦合因素也不容忽視。這對實際工程結構問題的求解帶來困難，所以需要尋找一個有效的求解工具對這類需要考慮熱-結構耦合因素的問題進行求解。而有限單元法則是現(xiàn)在較為成熟的計算方法。 有限單元法發(fā)展至今，已經(jīng)成為工程數(shù)值分析的有力工具。特別是在固體力學和結構分析領域內，有限單元法取得了巨大進展，利用它已經(jīng)成功地解決了一大批有重大

2、意義的問題，很多通用程序和專用程序投入了實際應用。 本文以實際工程項目為依托，以固體力學和溫度場基本理論為基礎，構建有限單元程序的基本框架，并在此基礎上設計完成熱.結構耦合有限元分析程序，為解決工程問題提供指導。 論文所做的主要工作敘述如下： (1)研究固體結構和熱傳導分析的基本理論，作為有限元軟件框架設計的理論基礎。 (2)構建有限元程序基本框架。結合開源有限元程序和現(xiàn)有的基本理論，構建有限元程序的基本

3、框架。在構建該框架的過程中抽象出了有限元分析的基本類和數(shù)據(jù)類型。 (3)根據(jù)哈密頓原理和熱流勢最小作用量原理推導得到熱-結構耦合問題有限元格式。根據(jù)兩個基本原理得到的有限元方程分別為耦合結構動力方程和耦合瞬態(tài)熱傳導方程。求解這兩個方程即可得到熱-結構耦合問題的位移場和溫度場。 (4)以上述構建完成的有限元程序框架為平臺，熱-結構耦合有限元格式為基礎，實現(xiàn)熱-結構耦合有限元程序的設計。并用簡單例題對該程序進行測試，測試結果