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1、MATLAB在土木工程领域的应用作者：王丽来源：《中小企业管理与科技·下旬》2010年第03期 摘要:土木工程领域广泛应用计算机语言的今天,,探讨了MATLAB在土木工程领域中应用的现状。 关键词:MATLAB土木工程应用 0引言 MATLAB是由美国MathWorks公司于1984年发布的、面向科学计算、数据可视化以及交互程序设计的高级计算机语言。MATLAB软件开发的初衷是方便地进行矩阵运算,如今的MATLAB已经把功能延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域。
2、在国外,MATLAB已经成为数值分析、数理统计、系统识别、信号处理、动态仿真等领域的基本工具同传统的土木工程计算机语言FORTRAN和C相比,MATLAB更具有以下几大优势:①功能强大。除了数值计算上的绝对优势外,MATLAB5.以上版本中还开发了自己的符号计算功能。用户只要拥有一个MATLAB,就可以方便的处理诸如矩阵运算,线性与非线性本论文由无忧论文网整理提供方程求解,特征值问题,统计及优化问题了。②语言简单。MATLAB允许用户以数学形式的语言编写程序,比FORTRAN和C更接近计算公式的书写思维方式。它的操作和功能函数指令就
3、是常用计算机和数学上一些简单的英文单词。③扩充能力强、可开发性强。MATLAB本身的函数就是以源代码形式出现同,用户可以仿照其写法,建自己的程序“库”。另外,MATLAB可以方便的与FORTRAN或C语言接口,充分利用现有资源。④编程易,效率高。MATLAB程序文件是纯文本文件,用任何字处理文件都可以对它进行编写和修改。因此程序易调试,人机交互性强。另外,MATLAB自己也拥有视窗环境下的调试系统,程序调试简单、方便。 随着科研水平的不断提高,科研领域的不断扩展,多学科并行、交叉发展已成必然。在土木工程领域广泛应用计算
4、机语言的今天,探讨了MATLAB在土木工程领域中应用的现状,希望引起更多土木工程专业研究人员的注意,认识到MATLAB的强大功能,使用MATLAB来快速实现科研构想和提高工作效率。 1MATLAB在结构分析中的应用 由于结构的复杂多变和对求解精度的严格要求,采用有限元法(finiteelementmethod)程序是常用的分析手段。有限元程序中非线性方程组的求解和解的收敛问题,是困扰许多科研人员的基本问题之一,采用FORTRAN或C不但需要很多语句,而且需要研究者有较高的计算机理论和实际操作水平,程序的编
5、制与调试又要占用近一半的研究时间。MATLAB的出现,可以在用简单的语句完成基本算法程序后,方程组的求解利用MATLAB自身的命令实现,整个程序不但小巧、便于调试与操作,而且解的收敛问易于解决。例如,经典的非线性方程组Newton解法MATLAB求解程序仅有14行,而用C语言编写的Newton法子函数程序接近30行,而且在每个迭代步当Newton方程建立后,还要再调用其他子函数程序求解线性方程组本论文由无忧论文网整理提供,较MATLAB程序要繁琐许多。再有,对整体坐标系中二维一次四结点单元,单元可以是任意形状的四边形。这种单元比较容
6、易满足结构实际分析的需要,该单元在整体坐标系下坐标系)的形函数表达式非常复杂,用FORTRAN或C语言将其表达出来,是非常困难的。而用MATLAB语言就可以很容易的将其写出。 利用MATLAB实现了复杂偏微分方程组的求解,解决了弹性薄板弯曲理论领域的一难题。文献也对应用MATLAB进行有限元程序编制作了探讨,这些成果充分证明MATLAB语言在现代有限元分析中会发挥越来越重要的作用。 基于MATLAB在数值计算和图形处理方面的优势,一些研究者开始利用MATLAB解决复杂的结构动力分析问题,并取得了一定的成果
7、。总结成果,可以看出:在MATLAB中更容易实现结构动力分析的可视化,是结构动力分析的一条新的途径和方法;可以极大提高编程效率,从而大大加快结构动力分析软件的开发应用。 2MATLAB在结构优化方面的应用 在土木工程领域,优化设计越来越受到关注,因为好的优化设计可以降低工程造价,更好的发挥投资效益。而遗传算法作为一种人工智能性算法被广泛的应用在优化分析中,但是采用遗传算法时,进的每一代种群成员必须要进行结构分析,需要同时完成优化计算和结构分析。采用FORTRAN或C编制结构分析程序还问题不大,但是要编制优
8、化计算程序则相当困难。MATLAB的优化工具箱提供了对各种优化问题的完整的解决方案,其内容涵盖了包括规划、决策、最大最小问题等多个领域。由于其具有优化函数的形式简洁以及用户能对算法、参数的选择设置的功能,还能方便的与FORTRAN或C
