碾压混凝土坝温度场和温度应力计算可视化系统设计

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1、碾压混凝土坝温度场和温度应力计算可视化系统设计摘要：利用32位Fortran与VisualBasic対碾压混凝土坝的温度场和温丿芟应力有限元计算程序进行両后处理，使其具有灵活的人机交互界而和点观的结果察看功能。关键词：碾圧混凝土坝，温度，应力，可视化系统1、前言碾压混凝十筑坝是坝T建设的新发展，迫切需要在碾圧混凝土坝的温度场和温度应力方面进行深入的研究。已完成的95攻关项目，通过对龙滩水电站碾压混凝土坝的施工期和运行期的温度场及温度应力的仿真分析，较为系统地研究了各种因素影响下碾压混凝十坝施工期和运行期的温度场及温度应力的分布规律

2、，并在NDPFortran下开发了三维有限元计算程序。该程序采用网格口动浮动

3、和分区异步长法2,具有较高的计算效率。但该程序的图形功能弱且被限制在DOS环境下运行，在缺少人机交互手段的情况下，繁杂的手工数据输入，给程序使用带来了许多不便，也难以管理输出的计算结果。为使原温度场和温度应力有限元程序方便使用，以促进碾压混凝土坝的温度场和温度应力场深入研究，有必要对其进行可视化系统设计。2、可视化系统结构统系化视理丨网恪显示处前—初始数据输入统系助帮11J-温度应力计算——非稳定温度场计算稳定淋度场计算提示信息——上下文m助——帮助査找

4、—帮助目采——打印预览——文档存盘——文档生成——沼度应力结果——非稳定温度场结果稳定温度场结果退出程序可视化系统由以下模块构成:前处理、程丿予计算、图形输出、信息编辑、帮助系统、退出程序（见图1）,其屮图形输出和信息编辑为程序示处理部分，各模块之间以公共变录和数据文件来传递信息。在程序的主界而实现对各模块的调用（见图2）o3、语言騙墟諭抖融關叫旳-lolxl前处理逍）程序计算（巴图形输出（0信息编辑（Q帮助（Q退出（E）Successfullystarttheprogram!图2程序主界面采用Fortran与VisualBasi

5、c的混合编程。Fortran是原有程序采用的语言，因而能充分利用原有程序代码。但Fortran是一种结构化程序设计语言，程序口上而下顺序执行，这种程序控制稍显呆板。VisualBasic是一种面向对彖的程序语言，即包括面向对彖的程序设计，又包括而向对象■施加控制。Fortran和VisualBasic两种语言有机结合，充分利用各口优势，可以使程序具有强大的数值计算功能，又具有与用户交互的手段。Fortran与VisualBasic的混合编程,是基于微软提供的32位Fortran和VisualBasic版本进彳亍的，其开发平台分別为

6、FortranPowerStation4.0（Fortran90）和VisualBasic6.0o两者是基于这样一种框架体系:用VisualBasic构造主控程序、用户界面、图形显示等，Fortran例程实施数值计算。在编写帮助系统时，采用HTML（超文本标记语言），并在HELPHTMLWORKSHOP下编译该系统。4、而处理模块前处理模块包含初始数据输入和网格显示，最终生成计算模块所需的信息文件。4・1初始数据的输入由VB构造界面输入各参数（控制数据、网格处理数据、材料特性参数、丿施丄信息、蓄水信息、准稳定信息）传给VB中的前处

7、理模块，输入数据的界面各选项卡输入内容如卜-:（1）控制数据坝体横缝间距、浇筑层厚、坝上游水深、丿施工期结朿时间、计算总时间数（施丄时间加蓄水时间加准稳定时间）、选择绝热公式等。（2）网格处理选择剖面形状并填入剖面各拐点坐标、有关网格剖分的详细内容（包括：坝体和地基各方向网格数控制、地基尺寸）。（3）材料特性材料类型总数、每中材料的各特征参数和徐变拟和公式中的系数。（4）就工信息浇筑总层数、每浇筑层的浇筑温度、外界气温、浇筑末时刻、计算时间步长、材料号。（5）蓄水信息蓄水次数、每次蓄水水温、外界气温、蓄水末时刻、计算时间步长。（6

8、）准稳定稳定温度场信息计算次数、每次计算吋的水温、外界气温、计算末吋刻、计算吋间步长。而处理模块接收从界而输入的数据，进行网格自动剖分，生成信息文件。网格剖分时将计算模型分为三个区域：地基区域、上游防渗而板区域、坝体区域。在坝体区域内，按高程进行材料分区（见图3）。在网格口动剖分过程中，坝的上游防渗层在Y方向只有一层网格，且该层网格在Y方向上长度不变；而坝体的网格在Y方向上从外到内按比例剖分，外密内稀。因而需将防渗层与坝体分开剖分，然后汇总。4、2网格显刀£由于考虑各坝块Z间按绝热处理（即坝体横缝处绝热），沿x方向（坝轴线方向）网

9、格进行均分，因而网格剖分结果只进行平面显示（Y-Z平面网格显示）。如果剖分的网格不合理，回到初始数据输入界而修改网格处理数据，重新进行剖分。网格显示的算法：a）三维网格转化为平面网榕；b）对平而内的每个单元循坏作节点连线。网格图形在VB下设计的图形