结构物模型受荷载作用结果的可视化研究

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可视化是计算机应用土木工程一个重要的方面。工程中通常要处理大量的数据,通过可视化能够实现数据与图形间的交互操作,计算结果更为直观的显示,从而提高准确度和效率。本文在结构物可视化方面进行研究,对于裂缝、边坡稳定、拱坝应力显示问题分别进行了相关的可视化研究。裂缝是混凝土结构使用过程中不可避免的要素之一,混凝土压力管道应用广泛,压力管道的混凝土开裂问题有其特殊性,难以套用一般钢筋混凝土构件的裂缝公式,因此在仿真方面增加了难度。本文根据已有的研究成果,参照用以描述不规则形体的分形理论,尝试将分形理论中的L系统应用于描述裂缝的形态。通过采集数据计算说明了裂缝的分形性质,从而证明分形方法的可行性。根据分形的性质编制程序,再现裂缝的形态,通过坐标的转化将裂缝映射到三维的圆管图形上。通过对比试验照片发现能较理想的显示裂缝的形状。Fortran是一种功能强大的计算语言,问世以来被广泛应用于工程计算,现已积累了大量的Fortran计算源程序。但Fortran只能通过读写文本数据文件进行操作,不具备界面交互的缺点给用户操作带来了不便,特别是有大量的数据需要输入或输出时,由此带来的容易出错和输入效率低的问题显得更加突出,并且计算结果不能直观显示。本文尝试用VC++做界面开发工具,将Fortran编写的边坡稳定计算程序嵌套在一个计算软件中,运用混合编程分别发挥两种语言的各自优势,显示原Fortran程序的工程概况和计算结果,更为直观具体。通用的有限元计算软件如Ansys计算功能强大,但在后处理方面通常不能满足研究人员特殊的要求。以本文中选用的拱坝计算结果显示为例,对于计算出应力的在拱坝上的分层显示,在各个面上的分解,用有限元计算软件通常无法做到,而这些内容在研究中常需要涉及,所以本文利用可视化的手段实现这些后处理功能,并提供一个较为完整通用的后处理程序。程序实现了对拱坝的显示,不规则单元体的处理,沿拱面应力的计算,应力的云图显示,拱坝的分层显示,真实感显示。可对显示图形进行平移,缩放和旋转,方便的观察拱坝各个方位的应力分布情况。可对应力进行分层云图显示,更进一步细致地观察应力在不同层上的分布状态。
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