橋梁非線性行為之向量式有限元分析法

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：13

、訪客IP：18.117.75.226

姓名

陳世凱(Shih-kai Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

橋梁非線性行為之向量式有限元分析法
(Analysis of the Nonlinear Behavior of Bridge by the Vector Form Intrinsic Finite Element Method)

相關論文

★ 貼片補強構件之層間應力分析	★ 軌道不整檢測及識別方法
★ 混凝土結構分析之三維等效單軸組成材料模型	★ 卵形顆粒法向與切向接觸之等效線性彈簧值之推導與驗證
★ 以四面體離散化多面體系統之接觸分析與模擬	★ 軌道車輛三維動態脫軌係數之在線量測理論
★ 向量式DKMT厚殼元推導與模擬	★ 向量式預力混凝土二維剛架元之數值模擬與驗證
★ 向量式有限元應用於懸索橋非線性動力分析	★ 蛋形顆粒群之流固耦合分析
★ 複合版梁元素分析模型之橋梁動態識別法	★ 三維等效單軸應變與應力之材料組成模型
★ 人行吊橋的現有內力評估及動力分析	★ 薄殼結構非線性運動之向量式有限元分析法
★ 雷射掃描技術於鋼軌磨耗之檢測	★ 動態加載下的等效單軸應變與應力材料組成模型

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

本論文以向量式有限元(Vector Form Intrinsic Finite Element，VFIFE，V-5)做為三維橋梁結構非線性行為分析之基本理論，發展橋梁相關功能模組。橋梁支承方面，透過LS-DYNA軟體的超彈性材料模型來分析橡膠材料與支承墊的力學試驗，並建構非線性彈簧元素來計算橡膠支承的遲滯行為。橋梁非線性静力分析方面，提出一個由動量運動方程式為基礎的快速静力收斂方法，經由適當的起始條件假設來處理質點的運動方程式。最後利用C#程式語言來撰寫前、後處理的使用者界面(GUI)，包裝以向量式有限元為主的橋梁非線性計算核心程式，並以OpenGL繪圖函式完成模型之繪製。利用本文所開發的橋梁性能分析軟體，可進行含支承系統橋梁受地震力作用下的非線性動力分析，觀察支承在地震力作用下的非線性遲滯迴圈行為，而透過快速静力收斂方法可有效提升向量式有限元在處理静力問題上效率，最後圖像使用者界面可以兼顧使用者在用使橋梁分析程式過程中的方便性與實用性。

摘要(英)

This thesis used the VFIFE (Vector Form Intrinsic Finite Element, V-5) method with some proposed functional modules as the basic theory to analyze the nonlinear behavior of three-dimensional bridge structure. In the part of the nonlinear module of bridge bearing, the LS-DYNA software’’s hyper-elastic material model was used to study the rubber bearing’s mechanical testing and develop a nonlinear spring elements to calculate the hysteresis behavior of rubber bearing. In the part of nonlinear static analysis of the bridge, a new algorithm based on the momentum equation of motion to efficiently slove the static problem Finally, the pre-processers and post-processer’s graphic user interface (GUI) with the VFIFE program is developed for packaging the nonlinear bridge’s solving kernel, and using OpenGL library to perform the function of graphic and plot the model on the screen. By the computation program of bridge developed in this thesis, the nonlinear analysis of bridge including the rubber bearing system under seismic excitation can be conducted to understand the behavior of the bearing’s hysterious loop. And by the fast static analysis algorithm, the efficiency of sloving static problems can be greatly improved in the VFIFE method. Furthermore, the graphic user interface can help users to have the convenience and accuracy in the process of analysis.

關鍵字(中)

★ 橋梁
★ 地震
★ 非線性
★ 橡膠支承墊
★ 前處理
★ 後處理
★ 向量式有限元

關鍵字(英)

★ rubber bearing
★ nonlinear
★ seismic
★ bridge
★ pre-processer
★ post-processer
★ VFIFE

論文目次

中文摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 xii
第一章緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究目的 3
第二章橋梁支承有限元素之分析 7
2.1橡膠基本力學模型 7
2.2 Hyperelastic-plastic加卸載模型理論 11
2.3由加卸載實驗曲綫定義模型參數SIGF與G之值 14
2.4橡膠材料拉力試驗模擬 18
2.5橡膠材料拉力試驗加卸載模擬-考慮塑性參數 22
2.6橡膠材料拉力試驗加卸載模擬-考慮塑性參數與修正輸入橡膠曲線 28
2.7橡膠支承墊壓力試驗模擬 32
2.7.1壓縮勁度試驗程序 32
2.7.2壓縮勁度試驗數值模擬結果 32
2.8橡膠支承墊剪力試驗模擬 35
2.8.1剪力模數試驗程序 36
2.8.2剪力模數試驗數值模擬結果 36
2.9橡膠支承墊摩擦力試驗模擬 41
2.10 橡膠支承墊扭力試驗模擬 45
第三章橋梁非線性滑動支承元素 52
3.1數值分析方法介紹 55
3.1.1梁元素內力計算模式[11] 56
3.1.2顯式時間積分法 58
3.2 橡膠支承數值模型之建立 59
3.2.1固定式橡膠支承墊數值模型建立 59
3.2.2摩擦式橡膠支承墊數值模型建立 60
3.3 分析與討論 64
3.3.1 摩擦型彈性支承遲滯模型參數研究 64
3.3.2 摩擦型彈性支承與實驗曲線之擬合 70
3.3.3 三維含支承剛架橋梁受地震力作用的分析 73
3.3.4 摩擦型彈性支承受地震力下的進階參數分析 79
3.4 小結 90
第四章橋梁非線性静力分析 91
4.1動量運動方程式之處理 92
4.2算例 95
4.2.1 單自由度驗證與討論 95
4.2.2 多自由度驗證 104
4.2.3 二維幾何非線性静力問題 106
4.2.4 三維幾何非線性静力問題 111
4.2.5 橋梁的初始狀態分析 116
第五章橋梁程式前後處理之開發 126
5.1視窗介面設計與電腦繪圖 128
5.1.1 .Net Framework的介紹 128
5.1.2 C#的介紹 130
5.1.3 CSGL的介紹 131
5.1.4 GUI的介紹 132
5.2視窗介面內容操作 133
5.2.1主要選單 134
5.2.2 主要工具按鈕區 136
5.2.3 輔助工具按鈕區 137
5.2.4 物件內容樹狀顯示區 138
5.2.5 模型文字檔內容區 138
5.2.6 操作記錄文字區 141
5.2.7 OpenGL 繪圖參數操作區 141
5.2.8 其他視窗功能介紹 148
5.3前後處理文檔的處理 152
5.3.1 基本參數設定介紹 152
5.3.2 後處理資料輸出設定介紹 157
5.3.3橋梁模型資料設定介紹 158
第六章結論與建議 168
6-1結論 168
6-2建議 169
參考文獻 171
附錄 175
個人簡歷 179

參考文獻

1. 林呈、孫洪福，「見證921 集集大地震-震害成因與因應對策」，初版，台北市：麥格羅希爾，民國89 年。
2. LS-DYNA, LSTC, Inc., http://www.lstc.com/.
3. [ANSYS, ANSYS, Inc., http://www.ansys.com/.
4. SAP2000, Computers and Structures, Inc., http://www.csiberkeley.com/.
5. DYTRAN, MSC Software Corporation, Inc., http://www.mscsoftware.com/.
6. ABAQUS, ABAQUS, Inc., http://www.abaqus.com/.
7. Ting, E.C., Shi C. and Wang, Y.K., “Fundamentals of a vector form intrinsic finite element: Part I. Basic procedure and a planar frame element”, Journal of Mechanics, Vol. 20, pp.113-122 (2004).
8. Ting, E.C., Shi C. and Wang, Y.K., “Fundamentals of a vector form intrinsic finite element: Part II. Plane solid element”, Journal of Mechanics, Vol. 20, pp.123-132 (2004).
9. Shi C., Wang Y.K. and Ting, E.C., “Fundamentals of a vector form intrinsic finite element: Part III. Convected material frame and examples”, Journal of Mechanics, Vol. 20, pp.133-143 (2004).
10. 丁承先、王仲宇、吳東岳、王仁佐、莊清鏘，2007，「運動解析與向量式有限元」，中央大學工學院橋梁工程研究中心，台灣。
11. 王仁佐 ,”向量式結構運動分析”,國立中央大學土木工程研究所博士學位論文, 臺灣省，中壢市，民國九十四年九月。
12. 林明廷，2006，「二維可變形塊體之向量式運動分析」，國立中央大學土木工程學系碩士論文，台灣。
13. 陳世凱，2004，「向量式有限元素法於空間桁架之應用」，中原大學土木工程學系碩士論文，台灣。
14. 吳東岳, 丁承先, 向量式有限元分析三維實體,中華民國力學學會第二十八屆全國力學會議論文集, 台北, 2004.
15. Ogden, R. W., Non-Linear Elastic Deformations, John Wiley & Sons. Inc. 1984.
16. Dazhi Jiang and Dongwei Shu, Dynamic Contact Performance of Rubber Materials for Designing Wiper Blades ,Journal of Materials Engineering and Performance , Volume 18, Number 3, 255-262, 2009
17. 黃碩耀，「高阻尼橡膠支承墊力學行為之實驗研究」，國立台灣科技大學土木工程學研究所碩士論文，民國86年。
18. 李明山，橋梁橡膠支承墊非線性行為之數值模擬，國立台灣中央大學土木工程學系研究所碩士論文，民國94年
19. 吳秉憲，「橋梁功能性支承系統參數之研究-橡膠支承墊力學行為與摩擦係數測定」，國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文，民國93年。
20. D’Ambrosio, P., Tommasi, D. D., ”Nonlinear Elastic Deformations and Stability of Laminated Rubber Bearings”, Journal of Engineering Mechanics, Vol. 121, No. 10, pp. 1041-1048, (1995).
21. Kikuchi, M., Aiken, L. D., “An Analytical Hysteresis Model for Elastomeric Isolation Bearing”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 26,pp. 215-231, (1997).
22. Hamzeh, O. N., Tassoulas, J. L., Becker, E. B., ”Behavior of Elastomeric Bridge Bearings: Computational Results”, Journal of Bridge Engineering, Vol. 3, No. 3, pp. 140-146, (1998).
23. Chang, C. H., “Modeling of laminated rubber bearings using an analytical stiffness matrix”, International Journal of Solids and Structures, Vol.39, pp. 6055–6078, (2002).
24. Yakut, A., Yura, J. A., ”Evaluation of Low-Temperature Test Methods for Elastomeric Bridge Bearings”, Journal of Bridge Engineering, Vol. 7, No. 1, pp. 50-56, (2002).
25. Buckle, I., Nagarajaiah, S., Ferrell, K., ”Stability of Elastomeric Isolation Bearings: Experimental Study”, Journal of Structural Engineering, Vol. 128, No. 1, pp. 3-11, (2002).
26. Topkaya, C., Yura, J. A., “Test Method for Determining the Shear Modulus of Elastomeric Bearings”, Journal of Structural Engineering, Vol. 128, No. 6, pp. 797-809, (2002).
27. Tsai1, C. S., Chiang, T. C., “An advanced analytical model for high damping rubber bearings”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 32, pp.1373–1387, (2003).
28. Wen, YK., “ Method for random vibration of hysteretic systems”, Journal of the Engineering Mechanics Division(ASCE)., Vol. 102, p. 249–263, (1976)
29. Abe, M., Yoshida, J., Fujino Y., ”Multiaxial Behaviors of Laminated Rubber Bearings and Their Modeling. II: Modeling”, Journal of Structural Engineering, Vol. 130, No. 8, pp. 1133-1144, (2004).
30. Yoshida, J., Abe, M., Fujino, Y., Watanabe, H., ”Three-Dimensional Finite-Element Analysis of High Damping Rubber Bearings”, Journal of Engineering Mechanics, Vol. 130, No. 5, pp. 607-620, (2004).
31. Takeno, S., Ohno, H., Izuno, K., “velocity-based design of seismic unseating prevention cable and shock absorber for bridges”, Journal of Structural Mechanics and Earthquake Engineering, Vol. 21, No. 2, pp.175-188, (2004).
32. Yang, Y. B., Lin, C. L., Yau, J. D., Chang, D. W., “Mechanism of resonance and cancellation for train-induced vibrations on bridges with elastic bearings”, Journal of Sound and Vibration, Vol. 269, pp. 345–360, (2004).
33. Lee, T. Y., Kawashima, K., ”Effectiveness of Seismic Displacement Response Control for Nonlinear Isolated Bridge”, Structural eng./Earthquake eng., Vol. 23, No. 1, pp. 1-15, (2006).
34. 張國鎮, 陳皇嘉(2005),”裝設橡膠支承墊於橋梁縮尺模型之試驗與分析”,國科會計劃編號:NSC-93-2625-Z-002-026。
35. 張國震、黃震興、蘇睛茂、李森柟，”結構消能減震控制及隔震設計”, 全華科技圖書股份有限公司。
36. Hallquist, J. O., ,”Ls-Dyna Theoretical Manual”, pp. 23.20, (1998).
37. 張順益, “動量平衡運動方程式” , 中國土木水利工程學刊, 第十三卷, 第三期, 民國九十年。
38. Y. B. Yang & S. R. Kuo, “ Theory and Analysis of Nonlinear Framed Structures”, pp.126-130 , 良宜圖書有限公司 , ISBN 986-80272-0-9
39. 林呈、孫洪福，「見證921集集大地震-震害成因與因應對策」，初版，台北市：麥格羅希爾，民國89年。Angle, E.著，黃加佩翻譯， “互動式電腦繪圖與OpenGL實作”，儒林圖書公司，2000。
40. Richard S. Wright, Jr. Michael Sweet 著，大新資訊譯，”OpenGL超級手冊第二版”，碁峯資訊有限公司，2000。
41. 李維，” 物件導向開發實踐之路: C#版”，碁峯資訊有限公司，2005。
42. Charles Petzold原著; 張益譯著，“C#程式設計 : 新手進階學習手册”，文魁資訊，2004。
43. 陳世凱，王仲宇，橋梁非線性分析與圖形化使用者介面之開發，96年電子計算機於土木水利工程應用研討，2007
44. 陳世凱，王仲宇，橋梁含橡膠支承墊之非線性動力分析，第一屆地震工程海峽兩岸青年學者研討會，台北國家地震中心，2011
45. 王仁佐、陳彥樺、陳世凱、王仲宇,「向量式有限元之移動荷載模擬方法」，第30屆力學研討會, 2006
46. 莊清鏘、陳世凱、王仲宇, “向量式有限元配合位移控制於空間桁架之應用”, 中華民國第七屆結構工程研討會論文集, 2004, PP. 451-452

指導教授

王仲宇(Chung-Yue Wang)

審核日期

2011-7-28

推文