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大型结构系统地震反应分析平台研究

作　者: 张钰
导　师: 潘鹏
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 地震反应分析 子结构方法 柯西-牛顿迭代 有限元 协调器
分类号: TU311.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
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内容摘要


目前对结构地震反应的研究方法中，振动台试验受到振动台大小的限制，对大型复杂结构试验能力有限；混合试验方法，尤其是近些年通过子结构技术实现了分布式的试验平台，由于可以有效的利用位于不同地点的试验室设备资源，在国内外得到了较好的发展，但是由于这些方法通常采用了静力凝聚的方法并且子结构边界处自由度通常较少，难以有效的应用于大型复杂结构的数值模拟中。进行精确的地震反应仿真分析是研究工程抗震的重要手段。大型复杂结构的地震反应分析计算量巨大，使得在个人计算机有限的内存和计算能力下，利用常规的分析方法很难进行。并且复杂结构系统可能包括多个具备不同力学特征的子结构，对不同的子结构常常需要采用不同的有限元软件进行模拟。如果利用子结构技术将复杂结构系统划分为多个子结构，允许针对不同子结构使用不同的有限元软件进行分析计算将非常有吸引力。因此整合现有的有限元分析软件，利用各自的优势进行结构地震反应模拟是一种有效的解决问题的方法。本文提出的结构地震反应分析平台将整体结构划分为多个子结构进行计算，计算中考虑子结构间的相互作用。为了满足不同类型的子结构对不同分析软件的需求，在此系统中每个子结构都被视作高度独立的系统，并为每个结构分析软件提供标准化的接口，用来传输各子结构边界处的力和位移。各子结构边界处采用“协调器”满足力的平衡和位移协调，该方法的核心基于柯西-牛顿迭代过程，其实现参考了潘鹏等人针对分布式拟动力实验系统提出的“协调器”算法。研究中建立了应用于商业有限元软件ABAQUS和开源分析软件OpenSees的子结构系统，“协调器”与两个子结构计算系统构成本文中的分析平台。研究中建立了一个拥有四个塔楼的复杂结构模型对该平台做了相应的验证，通过整体模型数值试验与地震分析平台的计算结果的对比分别讨论了分析平台对于线性问题和非线性问题的有效性。最后利用该平台进行了土-结相互作用（SSI）分析，土壤使用OpenSees进行建模，上部结构使用Abaqus进行建模，并通过本文的结构分析平台考虑土壤与结构相互间的作用，结果表明该分析平台对于具有非线性特征的多个子结构系统的分析具有较强的能力。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 引言  9-23
  1.1 课题研究的背景  9-10
  1.2 文献综述  10-21
    1.2.1 拟动力试验  11-14
    1.2.2 OpenFresco  14-16
    1.2.3 UI-SIMCOR  16-19
    1.2.4 CSA系统  19
    1.2.5 P2P系统  19-21
    1.2.6 待解决的问题  21
  1.3 本课题研究的目的和内容  21-22
  1.4 论文结构安排  22-23
第2章 系统构成与原理  23-43
  2.1 系统构成  23-26
    2.1.1 子结构系统概念  23-24
    2.1.2 地震分析平台类图  24-26
  2.2 协调器  26-30
  2.3 子结构计算系统  30-41
    2.3.1 ABAQUS子结构系统  31-36
    2.3.2 OpenSees子结构系统  36-41
  2.4 本章小结  41-43
第3章 系统运行及验证算例  43-58
  3.1 系统运行流程  43-44
  3.2 前处理  44-47
  3.3 通讯机制  47-51
    3.3.1 协调器与子结构系统的通讯  47-48
    3.3.2 子结构系统与FEM软件的通讯  48-51
  3.4 验证算例  51-56
    3.4.1 弹性时程分析  53-54
    3.4.2 弹塑性时程分析  54-56
  3.5 计算效率  56-57
  3.6 本章小结  57-58
第4章 土-结相互作用的应用  58-65
  4.1 计算模型  58-61
  4.2 荷载输入  61
  4.3 分析平台的应用  61-62
  4.4 计算结果对比  62-65
第5章 结论与展望  65-66
参考文献  66-70
附录  70-80
  附录A coordinator.xml示例  70-71
  附录B partner.xml示例  71-72
  附录C partner.txt示例  72-75
  附录D read.cpp示例  75-78
  附录E server.tcl示例  78-80
致谢  80-82
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  82

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 结构理论、计算 > 结构力学 > 结构动力学
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