工程结构数据建模与分析

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1、工程结构数值建模与分析方法谢剑Don'tuseastructuralanalysisprogramunlessyoufullyunderstandthetheoryandapproximationsusedwithintheprogram.——EdwardL.Wilson关于课程天津大学土木工程系副教授天津市建筑结构专业委员会副主任国家一级注册结构工程师通讯地址：天津市南开区卫津路92号天津大学土木工程系邮政编码：300072联系电话：13602011035Email:xj.ce.tju@gmail.comxiejian@tju.edu.cn谢剑博士工程结构数

2、值建模与分析方法课程介绍采用工程结构数值分析方法可以解决工程中比较复杂的结构计算问题。通过对该课程的学习，使学生了解目前几种常用的数值分析方法，重点应掌握有限单元法的基本原理及其方法。内容摘要课程介绍．数值分析方法基础．杆系结构有限单元法．弹性力学问题有限单元法．薄板弯曲问题有限元法．等参数单元．动力及非线性问题有限单元法主要参考书目课程介绍王勖成、邵敏，有限单元法基本原理和数值方法，清华大学出版社江见鲸、陆新征、叶列平，混凝土结构有限元分析，清华大学出版社朱伯芳，有限单元法原理与应用，水利水电出版社罗定安，工程结构数值分析方法与程序设计，天津大学出版社龙志飞

3、、岑松，有限元法新论，水利水电出版社为什么要学？重要性科学计算是继理论科学、实验科学之后，人类认识与征服自然的第三种科学方法。重要性Don’tcreateacomputermodeluntiltheloading,materialpropertiesandboundaryconditionsareclearlydefined.Theideathatanexpert-systemcomputerprogram,withartificialintelligence,willreplaceacreativehumanisaninsulttoallstructural

4、engineers.重要性Computerarenot,andwillneverbethesourceofsolutionstoengineeringproblems.Althoughcomputerscanbeincrediblyvaluabletoolswhenusedbyrealstructuralengineers,theyaremoredangerousthanweaponsofmassdestructionwhenusedbythosewhocannotcreatesolutionstoproblemsintheabsenceofcomputers

5、.重要性程序是工程师的鸦片、烟民手中的烟，请慎用。做程序的主人，而不是沦为程序的奴隶。深入掌握力学的基本理论，了解软件编制背景和假设，才能把好的程序变成好的工具；否则，笃信程序，不认真分析电算结果，只能慢慢丧失判断力。重要性好的软件可以充当结构工程师的左膀右臂，拓展工程师的视野，劣质的软件只会给工程师积累错误的经验，加速把工程师变成阶下囚的进程，会引发结构工程师失眠、梦中惊醒等症状。只会用傻瓜软件的人能叫结构工程师吗？跟刚毕业的初中生有什么区别？很少看到哪位专业摄影师拿着傻瓜相机去采风去创作，同样，专业的结构工程师也不屑用傻瓜式的结构软件。学什么？分析方法举例

6、说明：韩信点兵的问题韩信点兵问题实际问题韩信带领近千名武士进行操练，排阵时若3人一列，则余2人；若5人一列，则余3人；若7人一列，则余2人。求：最多有多少名武士？设武士数为X，则X在数学上应符合下列条件：数学模型1.X=3N1+2，N1为整数。2.X=5N2+3，N2为整数。3.X=7N3+2，N3为整数。4.X≤1000，且X为最大值。直接求解，困难！求解方法借助电子计算机快速计算的功能，Easy！But，HOW？程序设计...令X取从1到1000的所有数值，则符合条件的最大X即为所求。程序设计编程工具的选择FortranVBDelphi令X取从1到1000

7、的所有数值，则符合条件的最大X即为所求。算法优化令X取从1000到1的所有数值，则符合条件的第一个X即为所求。加速循环起源:50年代飞机结构矩阵分析Argyris,Turner,Clough60年代弹性力学平面问题,目前已涉及众多领域实质:对力学模型进行近似数值计算的方法将无限自由度问题变成有限自由度问题分析过程:结构离散化,确定位移模式,单元特性分析整体分析,解方程,输出计算结果,其他处理杆系结构学习方法:与矩阵位移法对比了解基本原理,各种方法的共性与实质通过自编程序进一步熟悉原理连续体应用状况:标准通用软件SAP2000,ANSYS,各种专用程序有限元法绪

8、论有限元分析的流程图有限元法的基本架构