超高层弹塑性动力时程分析程序DUT2014的持续开发

摘要

DUT2014集成平台是本课题组开发的针对超高层建筑结构弹塑性动力时程分析的计算力学程序，与其他弹塑性动力时程分析软件相比，该集成平台引入了新的单元转换策略（STP）,具有计算效率高的优势。但是该集成平台目前还有许多不完善的地方，比如模态求解器计算特征值不稳定、前处理建模复杂、快捷截面库不完善等问题。为了让该集成平台的前处理建模功能和计算分析功能更加完善，本文将针对该集成平台进行持续开发工作。具体的为了满足用户对该集成平台的计算分析要求，本文将展开以下几部分工作： （1）向DUT2014集成平台集成了两种典型的模态求解算法。在充分调研和研究模态求解理论的基础上，形成编程算法，并用Microsoft VisualC++编写模态求解器的代码，然后向DUT2014集成平台集成。本文将向DUT2014集成平台集成两种模态求解器，一种是子空间迭代法，一种是隐式重启的Arnoldi算法。通过集成平台将模态求解代码编译完成后，用一定自由度数目的结构模型对模态求解器的计算精度进行验证。同时在集成模态求解器的同时，本文还通过数值的试验研究了子空间迭代法与隐式重启的Arnoldi算法的计算效率与计算精度。 （2）研究并开发了SAP2000和Midas到DUT2014集成平台的两种前处理接口程序。在充分研究SAP2000和Midas等商业软件输出的结构模型信息文本文件的基础上，用Microsoft Visual C++进行程序编写，从而实现商业软件导出的结构模型数据文件向DUT2014集成平台所需的ep文件的转化。本文进行了SAP2000与Midas模型数据文件向DUT2014集成平台所需ep文件的程序接口工作，并通过不同规模的结构模型比较转化前后结构的自振周期、结构的总质量、结构的弹性时程响应、结构的弹塑性时程响应，验证了模型转化的正确性。 （3）向DUT2014集成平台快捷截面库添加了新的适用于超高层建筑结构建模的复杂截面。在充分研究DUT2014集成平台程序架构的基础上，找到DUT2014集成平台的截面模块，从而充分了解快捷截面库里快捷截面的定义方法以及该截面模块与DUT2014集成平台其他模块之间的依赖关系。本文将针对DUT2014集成平台快捷截面库不完善的现状，向DUT2014集成平台的快截面截面库中扩充新的复杂截面，以实现用户建模的方便化，并通过Midas等商业软件对所添加截面的正确性进行验证。

目录

声明

符号变量表

1. 绪论

1.1. 项目来源

1.2. 研究背景、目的和意义

1.3. 模态求解器研究现状

1.3.1. 模态求解方法变换法研究现状

1.3.2. 模态求解方法向量迭代法研究现状

1.4. 程序转换接口研究现状

1.4.1. 商业软件的接口转化程序研究现状

1.4.2. DUT2014前处理接口程序研究现状

1.4.3. DUT2014与商业软件的单元材料属性

1.5. 存在问题与思考

1.6. 本文拟开展主要研究内容

2. 模态求解算法向DUT2014集成平台的集成

2.1. 引言

2.2. 子空间迭代法及其加速算法的计算效率和收敛性能研究

2.2.1. 子空间迭代法算法描述

2.2.2. 子空间迭代法数值分析结果

2.2.3. 幂法加速的子空间迭代法算法描述

2.2.4. 幂法加速的子空间迭代法数值分析结果

2.2.5. 超松弛加速的子空间迭代法算法描述

2.2.6. 超松弛加速的子空间迭代法数值分析结果

2.2.7. 里兹向量数对子空间迭代法及其加速算法计算效率的影响

2.3. 子空间迭代法向DUT2014集成平台的集成

2.4. 隐式重启Arnoldi算法计算效率与精度的研究

2.4.1. 隐式重启Arnoldi算法算法描述

2.4.2. 里兹向量数对隐式重启Arnoldi算法计算效率的影响

2.4.3. 里兹向量数对隐式重启Arnoldi算法计算精度的影响

2.5. 隐式重启Arnoldi算法向DUT2014的集成

2.6. 本章小结

3. 有限元接口程序开发与验证

3.1. 引言

3.2. SAP2000结构数据模型的转换与验证

3.2.1. 材料转化

3.2.2. 截面转化

3.2.3. 几何转化

3.2.4. 质量转化

3.2.5. SAP2000结构模型转化正确性的验证

3.2.6. SAP2000接口注意事项

3.3. Midas结构数据模型的转换与验证

3.3.1. 节点转化

3.3.2. 单元转化

3.3.3. 材料转化

3.3.4. 纤维截面转化

3.3.5. 壳截面转化

3.3.6. 质量转化

3.3.7. Midas结构模型转化的正确性验证

3.3.8. Midas接口注意事项

3.4. Abaqus结构数据模型的转换与验证

3.4.1. 节点转化

3.4.2. 材料转化

3.4.3. 截面转化

3.4.4. 单元转化

3.4.5. Abaqus结构模型转化的关键技术性问题

3.4.6. Abaqus结构模型转化的正确性验证

3.5. 本章小结

4 DUT2014复杂构件截面开发与验证

4.1. 引言

4.2. 复杂截面向DUT2014集成过程描述

4.3. 截面库调研与新的复杂构件截面给出

4.3.1. 商业软件与DUT2014集成平台截面库调研

4.3.2. 超高层建筑结构的截面调研

4.3.3. 新的复杂构件截面形式的给出

4.4. 新的复杂构件截面验证

4.5. 本章小结

5. 结论与展望

5.1. 本文主要结论

5.2. 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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