非杆件结构体系计算机辅助设计系统开发与应用研究
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摘要
本文根据非杆件结构体系的特点，在分析和总结了目前非杆件结构体系计算机辅助设计发展状况的基础上，研究了适用于非杆件结构计算的CAD系统。课题研究的目的是为了研究一种类似于现有的杆件结构设计软件的CAD系统来满足设计人员操作简便、高效安全的设计要求，以便于有效的提高设计质量和设计效率。操作者仅仅填写简单的原始数据，经过必要的操作步骤，直接得到直观明了的施工图。研究的方法主要是运用各种应用软件的优点和长处，结合非杆件结构设计的特点，完成不同功能模块，并将各个模块通过混合编程的方法进行连接。系统包括前处理、核心计算部分和后处理绘图三个部分。本文所作的主要工作包括：
系统的总体设计。包括系统界面设计、控制数据的流向、数据的存储与提取、以及不同语言之间的程序接口。本文详尽地研究了Windows环境下用VB和ANSYS APDL语言进行混合编程设计的方法。开发出了VB调用ANSYS APDL语言的控件，实现VB调用ANSYS APDL语言的后台运算，提高了程序效率。
前处理部分研究。主要是以对话框的形式完成，将数据存储在数据文件中，为后面的结构分析计算与后处理图形的输出创建对象。
核心计算部分研究。阐述了计算模块的数学模型和计算方法。针对不同的非杆件结构编制了相应的结构分析程序。编制了由应力图形直接得到的截面拉力值程序、截面受拉区高度计算程序、以及配筋计算程序。
后处理绘图部分的研究。包括对结构分析结果的查看，利用Actire Automation技术实现了VB与AutoCAD的数据连接，对AutoCAD进行二次开发绘制非杆件结构的二维及三维配筋图。
在本文的最后选用工程算例对程序进行了验证，使用结果表明系统大大缩短了非杆件结构设计周期，结果符合要求，具有一定的可靠性、方便性和实用性。
Based on the features of non-pole structures, the advance of computer aided design of the non-pole structures is summarized, and the CAD system which is applicable to non-pole structures is researched. The objective of this study is to develop a convenient, efficient and safe CAD system, which is similar to exiting CAD system applicable to pole structures. The operator merely input some simple primary data, through some essential steps of operation, and then the construction drawing is directly produced. The research method is to complete different function module using the advantage of software combined with design characteristics of non-pole structures, and connect them with the method of mixed-language programming. This CAD system has three modules, pre-process, core-process and post-process. Main research work and findings from this research include:
The overall design of the system is studied, including the interface design, the data processing, the data control, and the storage and transfer of data. This paper detailedly studied how to deal with mixed-language programming in Windows environment with VB and APDL of ANSYS. The Control of calling APDL language through VB programming is developed, which achieved the applying of APDL program as the background computation tool in VB, and the system's effect is improved.
Preprocessing is developed with the forms of dialog, which restored the data in the database creating objects for calculating and post-processing.
The core-processing is studied, including presenting the mathematics model and calculated methods of computing module of system, carrying out corresponding FEM computer program in APDL Language in accordance with different non-pole structures. The numerical integral program which calculate the tensile force through stress diagrams, the calculation program of the height of tension zone, and the reinforcement calculation program are developed.
The post-processor of visualization system is studied, including the display of FEM results, establishing the intercommunicating connection between VB and AutoCAD making use of Active Automation, and drawing 2-D and 3-D reinforcement drawing based on secondary development of AutoCAD.
At the last of the thesis, according to an example it concludes that this system reduced the period of
系统的总体设计。包括系统界面设计、控制数据的流向、数据的存储与提取、以及不同语言之间的程序接口。本文详尽地研究了Windows环境下用VB和ANSYS APDL语言进行混合编程设计的方法。开发出了VB调用ANSYS APDL语言的控件，实现VB调用ANSYS APDL语言的后台运算，提高了程序效率。
前处理部分研究。主要是以对话框的形式完成，将数据存储在数据文件中，为后面的结构分析计算与后处理图形的输出创建对象。
核心计算部分研究。阐述了计算模块的数学模型和计算方法。针对不同的非杆件结构编制了相应的结构分析程序。编制了由应力图形直接得到的截面拉力值程序、截面受拉区高度计算程序、以及配筋计算程序。
后处理绘图部分的研究。包括对结构分析结果的查看，利用Actire Automation技术实现了VB与AutoCAD的数据连接，对AutoCAD进行二次开发绘制非杆件结构的二维及三维配筋图。
在本文的最后选用工程算例对程序进行了验证，使用结果表明系统大大缩短了非杆件结构设计周期，结果符合要求，具有一定的可靠性、方便性和实用性。
Based on the features of non-pole structures, the advance of computer aided design of the non-pole structures is summarized, and the CAD system which is applicable to non-pole structures is researched. The objective of this study is to develop a convenient, efficient and safe CAD system, which is similar to exiting CAD system applicable to pole structures. The operator merely input some simple primary data, through some essential steps of operation, and then the construction drawing is directly produced. The research method is to complete different function module using the advantage of software combined with design characteristics of non-pole structures, and connect them with the method of mixed-language programming. This CAD system has three modules, pre-process, core-process and post-process. Main research work and findings from this research include:
The overall design of the system is studied, including the interface design, the data processing, the data control, and the storage and transfer of data. This paper detailedly studied how to deal with mixed-language programming in Windows environment with VB and APDL of ANSYS. The Control of calling APDL language through VB programming is developed, which achieved the applying of APDL program as the background computation tool in VB, and the system's effect is improved.
Preprocessing is developed with the forms of dialog, which restored the data in the database creating objects for calculating and post-processing.
The core-processing is studied, including presenting the mathematics model and calculated methods of computing module of system, carrying out corresponding FEM computer program in APDL Language in accordance with different non-pole structures. The numerical integral program which calculate the tensile force through stress diagrams, the calculation program of the height of tension zone, and the reinforcement calculation program are developed.
The post-processor of visualization system is studied, including the display of FEM results, establishing the intercommunicating connection between VB and AutoCAD making use of Active Automation, and drawing 2-D and 3-D reinforcement drawing based on secondary development of AutoCAD.
At the last of the thesis, according to an example it concludes that this system reduced the period of
引文
[1] 水工混凝土结构设计规范(DL／T5057—1996)[S]．北京：中国电力出版社，1996
[2] 水利部SL／T 191—96水工混凝土结构设计规范[S]．北京：中国水利水电出版社，1996
[3] 国家电力行业标准．DL／5057-1996．水工混凝土结构设计规范[S]．北京：中国电力出版社，1997
[4] 尚守平，吴炜煜主编．土木工程CAD[M]．武汉：武汉工业大学出版社，2000
[5] 袁迎署，吕恒林等．建筑结构CAD软件设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，1998
[6] 钱若军，刘惠义，王人鹏．建筑结构CAD[M]．上海：同济大学出版社，2002
[7] 乔书光，吴胜兴．制约水工CAD发展的原因剖析和对策研究．水利水电科技进展[J]．2003．6
[8] 吴胜兴，杨秀兰，乔书光．水工混凝土结构CAD系统设计．水利水电科技发展[J]．19(3)，1999：46～49
[9] 陈立平，张红，陈钢．三维水工配筋CAD系统的集成方案．机械工程师[J]．2005．5
[10] 汪恩良，史忠友，孙凤英．水工CAD开发模式探讨，水利科技与经济[J]．6(4)，2000：195～197
[11] 孙冬梅，汪恩良，李红艳．堤坝设计CAD软件开发探讨．黑龙江水利科技[J]．2000(3)：85～86
[12] 彭正洪．水闸钢筋CAD系统的分析与设计．工程图形学报[J]．2000(4)：4～13：
[13] 陈锐，陈敏林，王宜将．面向闸墩设计的CAD模块研制与开发．中国农村水利水电[J]．2005．7
[14] 能源部、水利部、西北勘测设计研究院水工混凝土结构设计规范修订组，水工混凝土结构设计规范专题报告文集[R]．1992
[15] 朱伯芳．有限元分析的原理与应用[M]．中国水利水电出版社，1998．10
[16] 河海大学，大连理工大学，西安理工大学，清华大学合编．水工钢筋混凝土结构学(第三版)[M]．中国水利水电出版社，1996
[17] 钱玉森，陈立平，李战军等．基于三维配筋的水工结构钢筋图自动标注研究．计算机辅助设计与图形学报[J]．2001，1
[18] 杨雄飞，魏刚等．计算机辅助设计[M]．北京：机械工业出版社，1998：105～131
[19] 张玉峰，丁宇明．大体积水工结构配筋CAD研究．计算机辅助设计与图形学报[J]．14(4)，2000：375～379；
[20] 杨新军，朱爱林．基于三维设计的钢筋图自动标注．水利水电科技进展[J]．2005，12
[21] 彭宣茂，傅作新等．三峡厂房坝段引水管道孔口配筋三维非线性分析．水力发电[J]．2001．4
[22] 杜俊慧，胡进华．三峡工程深孔孔口应力分析与配筋设计研究．大坝与安全[J]．2001．4
[23] 李传才，王兴梅．高层建筑桩基承台按应力图形配筋的设计方法，土木工程学报[J]．2002，4Vol．35 No．2
[24] 李传才．水工混凝土结构[M]．武汉：武汉大学出版社，2001．10
[25] 何斌，张燎军．ANSYS在水电站机墩配筋分析中的应用，广东水利水电[J]，2003，12 No．6
[26] 康清梁，周氐．钢筋混凝土有限元分析在水工结构设计中应用的必要性与可行性，水工混凝土结构设计规范专题报告文集[R]．1992，10
[27] 吴文清，叶见曙．坝内孔口结构的微混凝土结构模型试验，东南大学学报(自然科学版) [J]．2000，11 Vol．30 No．6
[28] 王惠刚．计算机仿真原理及应用[M]．国防科技大学出版社，1994
[29] 周氐．我国水工混凝土结构设计理论问题探讨，河海科技进展[J]．1991，9
[30] 江见鲸．钢筋混凝土有限元分析，清华大学土木与环境工程系，1983，11
[31] 林可冀．坝内孔口和廊道[M]．北京：水利电力出版社，1986
[32] 赵瑜，史庆德，崔艳玲．钢筋混凝土矩形孔口结构配筋的试验研究．华北水利水电学院院报 [J]．1999(9)
[33] 秦杰，伏义淑，黄承逵，等．ANSYS软件在大坝施工仿真中的应用[J]．水利水电技术，2002．4
[34] 赵茜．水工隧洞断面设计可视化系统研究．西安理工大学硕士学位论文，2003．3
[35] 张勇．Visual Basic课程设计案例精编．北京：中国水利水电出版社，2002
[36] 田友强，徐洪兴．新手学Visual Basic 30例．北京：人民邮电出版社，2004
[37] 王虹，贾胜利．Visual Basic 6.0实用教程．北京：人民邮电出版社，1999
[38] 李鸿吉．VB编程方法详解．北京：科学出版社，1999
[39] 李海．Visual Basic编程晋级：ActiveX控件．北京：北京航空航天
[40] 王瑁成，邵敏．有限单元法基本原理和数值方法[M]．北京：清华大学出版社，1997．1～10
[41] 刘涛，杨凤鹏．精通ANSYS．北京：清华大学出版社，2002
[42] 陈精一，蔡国忠．电脑辅助工程分析ANSYS使用指南．北京：中国铁道出版社．
[43] 夸克工作室．有限元分析基础篇—ANSYS与Mathematica．北京：清华大学出版社，2002
[44] 龚曙光，谢桂兰．ANSYS操作命令与参数化编程．北京：机械工业出版社，2004．4
[45] 博弈创作室．APDL参数化有限元分析技术及其应用实例．北京：中国水利水电出版社，2004
[46] 李皓月，周田朋，刘相新．ANSYS工程计算应用教程．北京：中国铁道出版社，2003
[47] 郝文化．ANSYS土木工程应用实例．北京：中国水利水电出版社，2005
[48] 宋世海．AutoCAD与Visual Basic6.0的转换接口，交通与计算机，2002
[49] http://www.okok.org
[50] 张晋西．VB与AutoCAD二次开发，北京：清华大学出版社，2002
[51] 赵景亮，李志刚．AutoCAD2004与AutoLISP二次开发技术．北京：清华大学出版社，2004
[52] 汤峻．AutoCAD2000高级应用与Visual LISP开发宝典[M]．北京：人民邮电出版社，2001
[53] 清源计算机工作室．AutoCAD2000i应用开发与实例．北京：机械工业出版社，2001
[54] 舒飞．AutoCAD2004二次开发标准教程．上海：上海科学普及出版社．2004
[55] 龙晓林，王国顺．使用VB应用程序调用AutoCAD和Excel软件的方法．武汉理工大学学报信息与管理工程出版社，23(4)，2001：42～44
[56] 张志群，常明，刘雯林．参数化系统设计．计算机工程与应用．2002，130～150
[57] 高青军，詹沛，陈卓林．基于绘图过程的参数化设计方法．电子机械工程，87(5)，2000：37～41
[58] 刘幸．水工非杆件结构非线性有限元工程设计方法的研究．武汉水利电力大学学报，96年04期
[59]方梅，刘幸．钢筋混凝土随机有限元在非杆系结构可靠性分析中的应用[J]．武汉大学学报(工学版)，2004，(3)．
[60] ANSYS Theory Reference. ANSYS, Inc. , 2000. 1
[61] ANSYS, Inc. ANSYS Basic Analysis Procedures Guide. ANSYS6.0 HTML Online. Documentation. 2000
[62] ANSYS, Inc. ANSYS APDL Programmer's Guide. ANSYS6.0 HTML Online Documentation. 2000
[63] AutoCAD Development System Programmer's Reference Manual, AutoDesk, Inc. 1992. 5
[64] JoeRooney and Philop Steadman, Principles of Computer-aided Design, Pitman Publishing, 1987
[65] Wen yan liang, Peter O'Grady. Design With Objects. Computer Aided Design, 1998, 30(12)
[66] A. A. Berk. Computer Aided Design and Analysis for Engineers. BSP Professional Books inc. , 1998
[67] FM. N. Latif, R. G. Hannam. Feature-based Design and the Object-oriented Approach. Journal of Engineering Design, 1997
[68] Riva, P. , and Cohn, M. Z. , Engineering Approach to Nonlinear Analysis of Concrete Structures, J. of Structural Engineering, ASCE, V. 116. No. 8, August, 1990.
[2] 水利部SL／T 191—96水工混凝土结构设计规范[S]．北京：中国水利水电出版社，1996
[3] 国家电力行业标准．DL／5057-1996．水工混凝土结构设计规范[S]．北京：中国电力出版社，1997
[4] 尚守平，吴炜煜主编．土木工程CAD[M]．武汉：武汉工业大学出版社，2000
[5] 袁迎署，吕恒林等．建筑结构CAD软件设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，1998
[6] 钱若军，刘惠义，王人鹏．建筑结构CAD[M]．上海：同济大学出版社，2002
[7] 乔书光，吴胜兴．制约水工CAD发展的原因剖析和对策研究．水利水电科技进展[J]．2003．6
[8] 吴胜兴，杨秀兰，乔书光．水工混凝土结构CAD系统设计．水利水电科技发展[J]．19(3)，1999：46～49
[9] 陈立平，张红，陈钢．三维水工配筋CAD系统的集成方案．机械工程师[J]．2005．5
[10] 汪恩良，史忠友，孙凤英．水工CAD开发模式探讨，水利科技与经济[J]．6(4)，2000：195～197
[11] 孙冬梅，汪恩良，李红艳．堤坝设计CAD软件开发探讨．黑龙江水利科技[J]．2000(3)：85～86
[12] 彭正洪．水闸钢筋CAD系统的分析与设计．工程图形学报[J]．2000(4)：4～13：
[13] 陈锐，陈敏林，王宜将．面向闸墩设计的CAD模块研制与开发．中国农村水利水电[J]．2005．7
[14] 能源部、水利部、西北勘测设计研究院水工混凝土结构设计规范修订组，水工混凝土结构设计规范专题报告文集[R]．1992
[15] 朱伯芳．有限元分析的原理与应用[M]．中国水利水电出版社，1998．10
[16] 河海大学，大连理工大学，西安理工大学，清华大学合编．水工钢筋混凝土结构学(第三版)[M]．中国水利水电出版社，1996
[17] 钱玉森，陈立平，李战军等．基于三维配筋的水工结构钢筋图自动标注研究．计算机辅助设计与图形学报[J]．2001，1
[18] 杨雄飞，魏刚等．计算机辅助设计[M]．北京：机械工业出版社，1998：105～131
[19] 张玉峰，丁宇明．大体积水工结构配筋CAD研究．计算机辅助设计与图形学报[J]．14(4)，2000：375～379；
[20] 杨新军，朱爱林．基于三维设计的钢筋图自动标注．水利水电科技进展[J]．2005，12
[21] 彭宣茂，傅作新等．三峡厂房坝段引水管道孔口配筋三维非线性分析．水力发电[J]．2001．4
[22] 杜俊慧，胡进华．三峡工程深孔孔口应力分析与配筋设计研究．大坝与安全[J]．2001．4
[23] 李传才，王兴梅．高层建筑桩基承台按应力图形配筋的设计方法，土木工程学报[J]．2002，4Vol．35 No．2
[24] 李传才．水工混凝土结构[M]．武汉：武汉大学出版社，2001．10
[25] 何斌，张燎军．ANSYS在水电站机墩配筋分析中的应用，广东水利水电[J]，2003，12 No．6
[26] 康清梁，周氐．钢筋混凝土有限元分析在水工结构设计中应用的必要性与可行性，水工混凝土结构设计规范专题报告文集[R]．1992，10
[27] 吴文清，叶见曙．坝内孔口结构的微混凝土结构模型试验，东南大学学报(自然科学版) [J]．2000，11 Vol．30 No．6
[28] 王惠刚．计算机仿真原理及应用[M]．国防科技大学出版社，1994
[29] 周氐．我国水工混凝土结构设计理论问题探讨，河海科技进展[J]．1991，9
[30] 江见鲸．钢筋混凝土有限元分析，清华大学土木与环境工程系，1983，11
[31] 林可冀．坝内孔口和廊道[M]．北京：水利电力出版社，1986
[32] 赵瑜，史庆德，崔艳玲．钢筋混凝土矩形孔口结构配筋的试验研究．华北水利水电学院院报 [J]．1999(9)
[33] 秦杰，伏义淑，黄承逵，等．ANSYS软件在大坝施工仿真中的应用[J]．水利水电技术，2002．4
[34] 赵茜．水工隧洞断面设计可视化系统研究．西安理工大学硕士学位论文，2003．3
[35] 张勇．Visual Basic课程设计案例精编．北京：中国水利水电出版社，2002
[36] 田友强，徐洪兴．新手学Visual Basic 30例．北京：人民邮电出版社，2004
[37] 王虹，贾胜利．Visual Basic 6.0实用教程．北京：人民邮电出版社，1999
[38] 李鸿吉．VB编程方法详解．北京：科学出版社，1999
[39] 李海．Visual Basic编程晋级：ActiveX控件．北京：北京航空航天
[40] 王瑁成，邵敏．有限单元法基本原理和数值方法[M]．北京：清华大学出版社，1997．1～10
[41] 刘涛，杨凤鹏．精通ANSYS．北京：清华大学出版社，2002
[42] 陈精一，蔡国忠．电脑辅助工程分析ANSYS使用指南．北京：中国铁道出版社．
[43] 夸克工作室．有限元分析基础篇—ANSYS与Mathematica．北京：清华大学出版社，2002
[44] 龚曙光，谢桂兰．ANSYS操作命令与参数化编程．北京：机械工业出版社，2004．4
[45] 博弈创作室．APDL参数化有限元分析技术及其应用实例．北京：中国水利水电出版社，2004
[46] 李皓月，周田朋，刘相新．ANSYS工程计算应用教程．北京：中国铁道出版社，2003
[47] 郝文化．ANSYS土木工程应用实例．北京：中国水利水电出版社，2005
[48] 宋世海．AutoCAD与Visual Basic6.0的转换接口，交通与计算机，2002
[49] http://www.okok.org
[50] 张晋西．VB与AutoCAD二次开发，北京：清华大学出版社，2002
[51] 赵景亮，李志刚．AutoCAD2004与AutoLISP二次开发技术．北京：清华大学出版社，2004
[52] 汤峻．AutoCAD2000高级应用与Visual LISP开发宝典[M]．北京：人民邮电出版社，2001
[53] 清源计算机工作室．AutoCAD2000i应用开发与实例．北京：机械工业出版社，2001
[54] 舒飞．AutoCAD2004二次开发标准教程．上海：上海科学普及出版社．2004
[55] 龙晓林，王国顺．使用VB应用程序调用AutoCAD和Excel软件的方法．武汉理工大学学报信息与管理工程出版社，23(4)，2001：42～44
[56] 张志群，常明，刘雯林．参数化系统设计．计算机工程与应用．2002，130～150
[57] 高青军，詹沛，陈卓林．基于绘图过程的参数化设计方法．电子机械工程，87(5)，2000：37～41
[58] 刘幸．水工非杆件结构非线性有限元工程设计方法的研究．武汉水利电力大学学报，96年04期
[59]方梅，刘幸．钢筋混凝土随机有限元在非杆系结构可靠性分析中的应用[J]．武汉大学学报(工学版)，2004，(3)．
[60] ANSYS Theory Reference. ANSYS, Inc. , 2000. 1
[61] ANSYS, Inc. ANSYS Basic Analysis Procedures Guide. ANSYS6.0 HTML Online. Documentation. 2000
[62] ANSYS, Inc. ANSYS APDL Programmer's Guide. ANSYS6.0 HTML Online Documentation. 2000
[63] AutoCAD Development System Programmer's Reference Manual, AutoDesk, Inc. 1992. 5
[64] JoeRooney and Philop Steadman, Principles of Computer-aided Design, Pitman Publishing, 1987
[65] Wen yan liang, Peter O'Grady. Design With Objects. Computer Aided Design, 1998, 30(12)
[66] A. A. Berk. Computer Aided Design and Analysis for Engineers. BSP Professional Books inc. , 1998
[67] FM. N. Latif, R. G. Hannam. Feature-based Design and the Object-oriented Approach. Journal of Engineering Design, 1997
[68] Riva, P. , and Cohn, M. Z. , Engineering Approach to Nonlinear Analysis of Concrete Structures, J. of Structural Engineering, ASCE, V. 116. No. 8, August, 1990.