复杂杆系结构有限元分析系统研究与实现

论文摘要

杆系结构是通过铆接、栓接、焊接或其他方法把若干杆件连接起来组成一个能够承担外部载荷的结构系统。随着经济建设的发展和科技水平的提高,在土木、航空、船舶等诸多领域结构分析问题愈来愈复杂化。尤其是具有特定造型和复杂承力功能的杆系结构系统分析,具有很强的学术研究价值和工程应用前景。本文在此背景下,根据杆件有限元理论,在MFC框架下用Visual C++.NET语言,开发出实用的杆系结构有限元分析系统,以用于处理复杂工况下的多种杆系结构的静力分析。首先,本文介绍了杆件结构的形式与分类,阐述了有限元方法的发展及现状,概述了有限元程序设计方法；然后,详细推导了各种杆件的单元刚度矩阵,并对杆件上的结构荷载、支座位移以及温度荷载进行了归纳总结,同时列举分析了线性方程组的求解方法；之后,通过MFC、Visual C++.NET对杆系有限元系统进行了模块化程序设计。最后,本文给出了三个杆系结构的有限元分析算例,并且将本系统求解的结果和ANSYS的计算结果进行了对照分析。本文系统的主要特点是将面向对象的程序设计方法引入了有限元分析系统的开发中,使有限元分析程序更易编写,更方便今后的扩展和维护,程序代码的可重用成分更大。这样不仅提高了杆系有限元系统的功能,而且实现数据模型与计算机模型以及现实世界物理模型的一致性,更方便与其他的CAE系统集成。随着计算机技术的进一步发展,有限元软件在实际工程中的应用越来越广泛。本文开发的杆系有限元分析系统具备了精确仿真,操作便捷,结果准确等特点,为今后开发大型有限元计算系统奠定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 杆系的概述
• 1.1.1 结点的形式与分类
• 1.1.2 支座的形式与分类
• 1.1.3 杆件结构的形式与分类
• 1.1.4 杆系结构的工程应用
• 1.2 有限元程序发展和现状
• 1.3 传统有限元程序存在的一些问题
• 1.4 本文研究的目的、意义及内容
• 1.4.1 本文研究的目的和意义
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 第2章 有限元法及面向对象程序设计概述
• 2.1 有限元法的特性
• 2.2 弹性力学基本方程
• 2.3 等截面杆件单元
• 2.3.1 轴力杆件单元
• 2.3.2 扭转杆件单元
• 2.3.3 弯曲杆件单元
• 2.4 杆系结构有限元分析主要步骤
• 2.5 面向对象的程序设计方法概述
• 2.5.1 数据封装
• 2.5.2 继承、基类和派生类
• 2.5.3 多态性、重载和虚函数
• 2.6 小结
• 第3章 杆系结构有限元程序设计方法
• 3.1 概述
• 3.2 单元刚度矩阵
• 3.2.1 单元坐标转换
• 3.2.2 单元坐标下的刚度矩阵
• 3.2.3 整体坐标系下单元刚度矩阵
• 3.3 结构刚度矩阵的集成
• 3.3.1 结构刚度矩阵概述
• 3.3.2 先处理法
• 3.3.3 后处理法
• 3.4 综合结点荷载列阵
• 3.4.1 等效结点荷载
• 3.4.2 支座位移及温度变化
• 3.5 结构刚度方程的求解方法
• 3.5.1 概述
• 3.5.2 高斯消元法
• 3.5.3 逆矩阵法
• 3.6 小结
• 第4章 系统程序设计与功能实现
• 4.1 系统程序设计的主要内容
• 4.1.1 系统程序概要
• 4.1.2 系统程序的框图
• 4.1.3 系统程序的主要参数和变量
• 4.1.4 系统程序主要流程图
• 4.2 系统程序设计功能实现
• 4.2.1 系统程序语言及开发环境
• 4.2.2 界面模块的构成
• 4.2.3 系统主界面及输入窗口
• 4.4 小结
• 第5章 系统程序分析实例
• 5.1 连续梁的静力分析
• 5.2 平面桁架的静力分析
• 5.3 平面刚架的静力分析
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢