计算机仿真技术及其在结构工程中应用

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1、第26卷计算机应用Vol.262006年6月ComputerApplicationsJune2006文章编号:1001-9081(2006)06Z-0137-02计算机仿真技术及其在结构工程中应用李兰,祝英杰(青岛理工大学计算机学院,山东青岛266033)(lanli@qtech.edu.cn)摘要:介绍了仿真技术概念的描述及结构工程的特点,阐述了计算机仿真技术的一般程序、方法及其在结构工程中的研究与应用。关键词:计算机仿真;结构工程;系统;仿真模型;结构试验中图分类号:TP391.9文献标识码:A学

2、模型采用的假定往往不同。因此要想达到仿真的目标,必1计算机仿真技术简介须在结构理论相当成熟和完备时,才能有效地采用数学模型。[1]计算机仿真是系统仿真的一个重要分支。系统仿真目前,建立数学模型的理论和方法在结构工程中已经很成熟,就是建立系统的模型,并在模型上进行实验的过程。系统仿这为应用计算机仿真技术的可能性提供了保障。真技术实质上就是建立仿真模型并进行仿真实验的技术。结1.2仿真模型构工程中的计算机仿真技术,一般包括数值仿真和图形仿真计算机仿真必须同时考虑已有的数学模型和仿真实验目[3]两部分。数值

3、仿真是基础和核心,它基于结构系统的数学模标两方面因素,仿真模型是联系数学模型和仿真实验的桥型(数学描述),并利用数字计算机和仿真程序进行。计算机梁。一方面,仿真模型必须依据数学模型,另一方面,数学模仿真程序流程如图1。型与仿真模型的建立也必须以仿真目标(仿真行为)为核心。因此应设法建立能对特定外界条件激励产生特定行为的仿真模型。其中面向对象的方法利用继承和重载特性就可较好地建立复杂条件下的仿真模型。为了更有效地进行结构系统的仿真,须对数学模型,仿真模型及仿真目标综合加以分析、研究,才能得到最优仿真效果

4、。仿真实验的实现,即仿真系统的实现途径有:1)运用仿真语言如MIMIC,CSMP,CSSL,MATLAR语言等进行二次开发并形成仿真软件包,近而实现仿真系统;2)直接运用一般的计算机高级语言如———Fortran,C+开发仿真系统。前者通用性强,仿真实现简便,但处理结构工程中一些比较复杂的问题时,因数学模型的复杂而难度增大;后者则更具灵活性,开图1计算机仿真程序流程发者可以根据仿真对象的具体情况,选择有效的仿真数值分1.1数学模型析方法,并可以引入最新的研究成果,更能自由地实现自已的数学模型是计算机仿

5、真的基础。在结构工程中,数学模仿真理念。当然,作为一个仿真系统,也应具备一般软件所具型可以根据已有的且成熟的结构分析和计算机理论,经分析备的用户友好界面。和演绎导出。若使数学模型(数学表达式)做到科学合理性,1.3可视化技术应使建立的模型具有结构清晰性,切题真实性,精密和集合仿真中的可视化技术涉及的学科多、算法复杂、设备性。当然,计算机仿真所用的数学模型确切地讲应该是对结多[4],现有的可视化软件常常不能满足要求,因而不可避免构系统在一定条件或假定下所具有的主要特性的数学描述地涉及到可视化编程。目前可

6、用于编程的可视化软件多数表(数学表达式)。因此,数学模型不是对结构系统完全真实的现为一些图形库或图像处理程序,如PHIGS+,GL,GKS,[2]描述,而是对它的近似或简化的描述。SIG,GRAPH等。它们是一些基本的图形、图像处理程序,借此外,根据研究对象的特点和条件,数学模型可分为连续助高级语言编程。的(线性和非线性),离散的,静态的及动态的。与其对应的可视化编程是指开发可视化软件的程序设计。这是一种计算机仿真可分为连续系统的仿真,离散系统的仿真,静态系面向图形、图像处理的编程环境,并且模块化、动

7、态集成,使用统及动态系统的仿真,也可以是混合系统的仿真,如连续动态者可以在不需要了解各功能模块细节的基础上,通过简单的系统仿真。模块组合,即可生成自己的可视化软件。如AVS(Application在建立数学模型时必须采用一定的假定,如受弯构件的VisualizationSystem)和GIVE等可视化系统等。可视化编程平截面假定等,而数学模型只有在假定成立时有效,不同的数环境的基本原理是将可视化过程看成一个循环过程:由计算收稿日期:2005-10-12;修订日期:2005-12-04基金项目:山东省教

8、育厅基金项目(J04D13);山东省青岛市科技发展项目(04232NS210)作者简介:李兰(1963-),女,辽宁本溪人,副教授,硕士,主要研究方向:软件工程、数据库系统研究;祝英杰(1961-),男,辽宁本溪人,教授,博士,主要研究方向:混凝土结构、砌块砌体结构理论及抗震.©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.