面向对象的钢筋混凝土有限元非线性分析程序设计

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1、第20卷第5期计算力学学报Vol.20No.52003年10月ChineseJournalofComputationalMechanics0ctober2003文章编号:100-408(2003)05-0592-05面向对象的钢筋混凝土有限元非线性分析程序设计姜峰李博宁丁丽娜(大连理工大学土木水利学院辽宁大连116024)摘要:采用面向对象的程序设计方法结合钢筋混凝土有限元非线性分析模型利用MFC(MicrosoftFoundationClasslibrary)建立了有关描述钢筋混凝土有限元非线性分析的

2、类包括混凝土单元类~钢筋单元类~粘结单元类~非线性计算类并给出了这些类的描述和它的实现方法并为钢筋混凝土有限元非线性分析程序采用更合理的面向对象的方法提供了思路O关键词:面向对象;钢筋混凝土;有限元;非线性结构分析;程序设计中图分类号:TU311.41文献标识码:A类并利用这些类完成了钢筋混凝土结构非线性分1引言析的程序设计O实践表明与传统设计方法相比程在工程设计和研究中有限元法作为结构分析序扩展能力明显增强便于维护程序设计和调试的一种有效方法已经被广泛采用O传统的有限元计周期明显缩短容易增加前后处理功

3、能或建立与其算程序通常采用结构化的程序设计方法编制程序它前后处理程序的接口O结构具有模块化的特点执行流程是各程序段根据给定的算法依次对数据进行处理大量的各种类型z面向对象的有限单元法数据与其相应的处理过程联系紧密却又完全分离z.1面向对象程序设计的基本特点任何数据的添加或形式改变都会导致一系列相关面向对象的程序设计方法就是运用面向对象过程的变化因而其程序扩展能力有限不易维护的观点来描述现实问题然后运用计算机语言来描调试复杂且代码的重利用率低O近些年来国内外述并处理该问题O这种描述和处理是通过类与对象的一

4、些学者将面向对象的方法(0bject-0riented实现的是对现实问题的高度概括分类和抽象O类Programming)应用于有限元分析O文献[1]较早地是逻辑上相关的函数与数据的封装它是对所要处将有限元的核心概念抽象为面向对象的类并对面向对象的分析方法进行了阐述O此后许多学者沿理的问题的抽象描述O类实际上也就相当于用户自用这一构思改进并发展了面向对象的有限元分析定义的类型和基本数据类型的不同之处在于类方法[2-8]O在钢筋混凝土有限元分析中由于钢筋混这个特殊类型中同时包含了对数据进行操作的函凝土具有复

5、合材料的特性且具有弹塑性~开裂~徐数O在面向对象程序设计中程序模块是由类构成变等特性本构关系和计算模型复杂多样影响参的O面向对象程序设计有如下一些基本特征:数较多[9]而且又伴有非线性迭代过程在用结构(1)抽象是指对具体问题(对象)进行概括化方法进行有限元程序设计时数据结构及其相应抽象出一类对象的公共性质并加以描述的过程O的计算方法难以实现统一处理不易进行计算方法(2)封装将抽象得到的数据成员和代码成员的改进和程序扩充而面向对象的程序设计在这些相结合形成一个有机的整体也就是将数据与操方面具有很多优势O近

6、年来国外已有一些学者开作数据的行为进行有机的结合O始利用00P方法进行钢筋混凝土结构分析的数(3)继承C++语言中提供了类的继承机据设计[10]O制允许程序员在保持原有类的特性的基础上进本文在前人工作的基础上利用VisualC++行更具体~更详细的说明O6.0建立了与钢筋混凝土结构有限元分析相关的(4)多态是指类中具有相似功能的不同函数收稿日期:2001-11-28;修改稿收到日期:2002-03-15.作者简介:姜峰(1956-)男教授.使用同一个名称来实现O第期姜峰等面向对象的钢筋混凝土有限元非线性

7、分析程序设计32.2有限元主要基类的定义和实现方法元的主类从而用于钢筋混凝土有限元非线性分有限元基类包括从有限元核心概念抽象出的析节点类(图1),荷载类(图2),单元类(图3),对角钢筋混凝土有限元程序设计元类(图4).也包括用于数学计算的矩阵类,向量类和约束方程类等其它一些类有限元的主要基.程序设计总体思路类往往可以利用MFC中的工具类形成MFC数钢筋混凝土结构有限元分析中由于单元模组链表等数据结构从而很容易的扩展这些基类型材料本构关系及破坏准则都复杂多样并且它的使用功能在此基础上就可以通过对这些有限

8、元们又有各自的适用范围因此对于开发通用的钢筋基类的继承建立起面向对象的钢筋混凝土有限单594计算力学学报第20卷混凝土有限元分析程序较好的办法就是把一些常定为理想弹塑性体G钢筋与混凝土之间的粘结滑移用的单元模型材料本构关系和破坏准则都包含进关系采用考虑混凝土抗压强度影响的~oude-程序中由用户根据需要选择使用G图5给出了这Mirza经验公式G种设计方法的总体思路G(3)计算方法采用变刚度的增量迭代法G这样的程序对于结构化的编程方法来说是难