矩形桁架單元的面向對象結構分析程序設計.pdf

1、有限單元法是力學計算的基本方法，是一種解決復雜工程計算問題的有效的離散化計算方法。有限元法以經典理論為基礎，以計算機為工具，通過有限元程序實現(xiàn)對復雜工程問題的分析計算。隨著有限元法的廣泛應用，根據(jù)具體的計算要求和結構特點，提出新的單元形式，對有限元法做必要的補充和發(fā)展，就顯得格外有意義。 以往的常規(guī)單元，在模擬構件變形和計算結果上都有較好的準確性。但是這往往是以復雜的單元形式和繁瑣的計算過程為代價的。隨著工程研究的進一步深入，人

2、們對單元的要求越來越嚴格，形狀簡單，分析過程簡單，結果準確的單元越來越受到人們青睞。桁架桿單元，形式簡單，結果明確，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，同時根據(jù)等效原理將矩形桁架單元與連續(xù)介質的普通微元體進行等效分析。通過應力等效，應變等效，位移等效，將矩形桁架單元推廣應用于連續(xù)介質中。這既保證了結果的精確度，同時又大大地簡化了計算。 隨著計算機技術的產生與發(fā)展，有限

3、元計算軟件也層出不窮。目前，國內外已研制出很多功能強大的結構分析軟件，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是很必要的。面向對象編程技術(OOP)的出現(xiàn)，為有限元分析軟件的發(fā)展做出了重大貢獻。面向對象技術根據(jù)解決問題的需要，利用繼承機制，創(chuàng)建父類和派生子類；利用封裝機制，實現(xiàn)對象屬性和特征的隱藏，增強對象的獨立性和使用性；利用多態(tài)機制，實現(xiàn)函數(shù)重載，實

4、現(xiàn)不同事物的各自功能。 根據(jù)面向對象編程的特點，本文將結構分析的基礎和核心部分抽象成矩陣類、結點類、材料類、荷載類和單元類等以及本文提出的矩形桁架類。通過這些類的設計和實現(xiàn)，完成了結構分析計算程序。通過算例分析，證明矩形桁架單元能夠達到要求的精度，實現(xiàn)了使用離散桿單元模擬連續(xù)介質計算的目的。 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)介質的受力和變形特性。提出了一種新的單元形式