矩形桁架單元的面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)分析程序設(shè)計.pdf

1、有限單元法是力學(xué)計算的基本方法，是一種解決復(fù)雜工程計算問題的有效的離散化計算方法。有限元法以經(jīng)典理論為基礎(chǔ)，以計算機(jī)為工具，通過有限元程序?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜工程問題的分析計算。隨著有限元法的廣泛應(yīng)用，根據(jù)具體的計算要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出新的單元形式，對有限元法做必要的補(bǔ)充和發(fā)展，就顯得格外有意義。 以往的常規(guī)單元，在模擬構(gòu)件變形和計算結(jié)果上都有較好的準(zhǔn)確性。但是這往往是以復(fù)雜的單元形式和繁瑣的計算過程為代價的。隨著工程研究的進(jìn)一步深入，人

2、們對單元的要求越來越嚴(yán)格，形狀簡單，分析過程簡單，結(jié)果準(zhǔn)確的單元越來越受到人們青睞。桁架桿單元，形式簡單，結(jié)果明確，便于分析和處理，受其啟發(fā)，本文提出矩形桁架單元。由于依然為桁架單元，因此其繼承了桁架桿單元的優(yōu)點(diǎn)，同時根據(jù)等效原理將矩形桁架單元與連續(xù)介質(zhì)的普通微元體進(jìn)行等效分析。通過應(yīng)力等效，應(yīng)變等效，位移等效，將矩形桁架單元推廣應(yīng)用于連續(xù)介質(zhì)中。這既保證了結(jié)果的精確度，同時又大大地簡化了計算。 隨著計算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，有限

3、元計算軟件也層出不窮。目前，國內(nèi)外已研制出很多功能強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)分析軟件，如ANSYS、SAP、ABAQUS等。但是，隨著不斷出現(xiàn)的新問題，等待著科技工作者用更新的方法去解決，因此掌握一定的編程技術(shù)是很必要的。面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)(OOP)的出現(xiàn)，為有限元分析軟件的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。面向?qū)ο蠹夹g(shù)根據(jù)解決問題的需要，利用繼承機(jī)制，創(chuàng)建父類和派生子類；利用封裝機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對象屬性和特征的隱藏，增強(qiáng)對象的獨(dú)立性和使用性；利用多態(tài)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)函數(shù)重載，實(shí)

4、現(xiàn)不同事物的各自功能。 根據(jù)面向?qū)ο缶幊痰奶攸c(diǎn)，本文將結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)和核心部分抽象成矩陣類、結(jié)點(diǎn)類、材料類、荷載類和單元類等以及本文提出的矩形桁架類。通過這些類的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，完成了結(jié)構(gòu)分析計算程序。通過算例分析，證明矩形桁架單元能夠達(dá)到要求的精度，實(shí)現(xiàn)了使用離散桿單元模擬連續(xù)介質(zhì)計算的目的。 由此可以看出矩形桁架單元既具有桁架桿單元的簡潔性，易于理論分析和程序編制，又保持了連續(xù)介質(zhì)的受力和變形特性。提出了一種新的單元形式