拱坝计算机辅助设计软件的开发研究
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摘要
拱坝是一种重要的坝型，在许多水利枢纽中发挥着重要作用。和其他坝型相比，拱坝具有结构合理、用材最省、稳定性较强等优点。但拱坝作为一种特殊的坝型，其体型结构复杂、受力条件也较复杂，因而计算困难、设计起来相当地耗费时间和精力。如何利用现代的计算机技术，辅助我们进行拱坝设计，使我们从重复繁重的劳动中解放出来，是一项有实际意义的研究课题。
本文从拱坝计算机辅助设计研究的现况出发，首先详述阐述了拱坝体形的分类及其数学模型描述。然后从三大块研究拱坝计算机辅助软件的开发：一、拱坝应力计算部分，采用高斯纯拱法作为应力计算模型，对各类拱坝进行应力计算分析；二、拱坝体形优化部分，采用满应力准则法，非线性约束规划方法对拱坝进行优化；三、自动绘图部分，利用visual basic与AutoCAD链接，采用AutoCAD二次开发技术研究了拱坝的AutoCAD自动绘图。最后对本文所做的工作进行总结，提出今后研发的任务、方向和展望。
Arch dam is a very important type of all dams. Being an important component of hydro-junction, it makes use in flood protection, water storage. Compared with dams of other types, arch dam has more rational structure, less material, and stronger stability. But as a special type, it has complex body and has difficulty in structure's calculation, and it will take more time in design. How to free from strenuous and repeated work and help us in design of arch dam by using technique of computer? Now it becomes an actual and valuable research issue.
This paper firstly clarifies the present status of arch dam's design by computer aided. Then it describes the classification of arch dam and its mathematical model. And then I research the development of CAD (computer aided Design) in arch dam through three parts. First part is calculation of arch dam's stress, in it Gauss pure arch method will be taken into the model of stress calculation and it can calculate all types of arch dams. Second part is optimization of arch dam's shape. In it, full stress criterion method and nonlinear programming will be put in use. Third part is Automatic plot of arch dam. In it second development technique of AutoCAD will be put into use in Automatic plot of arch dam. Finally I summarize the all work and shortcoming of this paper, then point out the task, direction and prospect of this research.
本文从拱坝计算机辅助设计研究的现况出发，首先详述阐述了拱坝体形的分类及其数学模型描述。然后从三大块研究拱坝计算机辅助软件的开发：一、拱坝应力计算部分，采用高斯纯拱法作为应力计算模型，对各类拱坝进行应力计算分析；二、拱坝体形优化部分，采用满应力准则法，非线性约束规划方法对拱坝进行优化；三、自动绘图部分，利用visual basic与AutoCAD链接，采用AutoCAD二次开发技术研究了拱坝的AutoCAD自动绘图。最后对本文所做的工作进行总结，提出今后研发的任务、方向和展望。
Arch dam is a very important type of all dams. Being an important component of hydro-junction, it makes use in flood protection, water storage. Compared with dams of other types, arch dam has more rational structure, less material, and stronger stability. But as a special type, it has complex body and has difficulty in structure's calculation, and it will take more time in design. How to free from strenuous and repeated work and help us in design of arch dam by using technique of computer? Now it becomes an actual and valuable research issue.
This paper firstly clarifies the present status of arch dam's design by computer aided. Then it describes the classification of arch dam and its mathematical model. And then I research the development of CAD (computer aided Design) in arch dam through three parts. First part is calculation of arch dam's stress, in it Gauss pure arch method will be taken into the model of stress calculation and it can calculate all types of arch dams. Second part is optimization of arch dam's shape. In it, full stress criterion method and nonlinear programming will be put in use. Third part is Automatic plot of arch dam. In it second development technique of AutoCAD will be put into use in Automatic plot of arch dam. Finally I summarize the all work and shortcoming of this paper, then point out the task, direction and prospect of this research.
引文
[1] 潘家铮．拱坝，1982．12，第一版，水利电力出版社
[2] 朱伯芳 高季章 厉易生 等．拱坝设计与研究，2002．12，第一版，中国水利电力出版社
[3] 陈德亮．水工建筑物，1995．10，第三版，中国水利电力出版社
[4] 武汉水利电力学院农田水利工程建筑物教研室，水工建筑物设计程序集，1985．5，第一版，吉林科学技术出版社
[5] 龙驭球包世华．结构力学教程，1988．9，第一版，高等教育出版社
[6] 李炳威．结构优化设计，1989．4，第一版，人民交通出版社
[7] 王光远 董明耀．结构优化设计，1987．10，第一版，高等教育出版社
[8] 朱伯芳 黎展眉 张璧城．结构优化设计原理与应用，1984．12，第一版，水利电力出版社
[9] 杜平安 陈红梅．AutoCAD R14计算机辅助设计教程，1999．1，第一版，电子科技大学出版社
[10] 张晋西．Visual Basic与AutoCAD二次开发，2002．2，第一版，清华大学出版社
[11] 二级教程——Visual Basic语言程序设计编写组．二级教程——Visual Basic语言程序设计．2002．8，第一版，人民邮电出版社
[12] 刘亚莲．渡槽计算机辅助设计软件的研究，武汉大学硕士学位论文
[13] 美国垦务局 拱坝设计翻译组译，潘家铮校．拱坝设计．1984．6，水利电力出版社
[14] 四川水利局．拱坝简捷计算．1976．12，四川人民出版社
[15] 中国水力发电工程学会．1980高坝学术讨论会论文选集．1982．4，电力工业出版社
[16] 中华人民共和国．混凝土拱坝设计规范．2003．5，中国水利电力出版社
[17] 钱今希．工程结构优化设计．1983．3，水利电力出版社
[18] 刘立平．AutoLisp在建筑结构设计中的应用．2003．4，人民邮电出版社
[19] 陶全心．结构优化设计方法．1985．9，清华大学出版社
[20] 王光远 陈树勋．工程结构系统软件设计理论及应用．1996．2，国防工业出版社
[21] 刘夏石．工程结构优化设计．1984．3，科学出版社
[22] 李炳威．结构优化设计．1984．3，科学出版社
[23] 太阳工作室．AutoCAD2000三维模型制作宝典．2001．7，人民邮电出版社
[24] 网冠科技．AutoCAD2000／2000i应用工程师和数据库连接认证考试．2001．5，机械工业出版社
[25] 王明强．计算机辅助设计技术．2002．12，科学出版社
[26] 李大友．计算机在CAD中的应用——AutoCAD应用．2002．6，机械工业出版社
[27] 潘云鹤．智能CAD方法与模型．1997．3，科学出版社
[28] 邱刚．AutoCAD基础应用与开发指南．1993．8，中央广播电视大学出版社
[29] 李卉．AutoCAD三维建模与表明色彩修饰．1999．6，电子科技大学出版社
[30] 南志红．算法与程序设计．2002．11，中国物资出版社
[31] 美A．Russell Jonrs，王军 孙永强 等译．Visual Basic开发指南——Asp和Ⅱ篇．2000．6，电子工业出版社
[32] 曹德胜 张玲等．Visual Basic上机实战指导教程．2003．4，机械工业出版社
[33] 唐毅 马以超 杨炯 李锐．白鹤水电站拱坝体型优化设计．水利水电技术，1999年第1期
[34] 计家荣 丁予通．二滩拱坝设计于优化．水力发电，1998年第7期
[35] 林林．拱坝的优化与比较．中国农村水利水电，1996年第3期
[36] 朱伯芳等．拱坝的智能优化辅助设计系统——ADIOCAD．水利学报，1994年第7期
[37] 汪树玉 等，拱坝多目标优化的研究与应用，水利学报，2001年第10期
[38] 孙文俊等，拱坝体形的两目标优化设计，河海大学学报，2000年5月，第28卷第3期
[39] 刘国华 汪树玉．拱坝体形优化设计方法及工程应用．计算结构力学及其应用，1994年11月，第11卷第4期
[40] 厉易生 贾会生 朱伯芳．小港拱坝拱型优化研究．水利水电技术，1997年2期
[41] 厉易生．拱坝优化体形的坝体最小体积．水利水电技术，1995年10期
[42] Bofang Zhu. Stress Level Coefficients and Safety Level Coefficient for Arch Dams. Dam Engineering, Vol. Issue 3, Oct., 2000, p133～142
[43] U. S. Bureau of Reclamation. Treatise on Dams, Chap. 10, Arch Dams, 1986
[44] U. S. Bureau of Reclamation. Trial Load Method Analyzing Arch Dams, Boulder Canyon Project Final Reports, Part V, Bulletin 1, 1988
[45] Owen D R J, Hinton E. Finite Elements in Plasticity , Swansea (U. K): Pineridge Press, 1980
[46] Zhu Bofang, Rao Bin and Jia Jingsheng .Stress analysis of noncircular arch dam .Dam Engineering, Vol. 2, Issue 3, Aug., 1991, 253～272
[47] D. M. Himmelbau, Applied Nonlinear Programming, Mc Graw-Hill, 1982
[48] R. L. Fox, Optimization Methods for Engineering Design, Addison-Wesley, 1981
[49] M. Avriel, Nonlinear Programming, Analysis and Methods, Prentice-Hall, 1986
[50] Rao. Optimization, Theory and Applications, 1988
[2] 朱伯芳 高季章 厉易生 等．拱坝设计与研究，2002．12，第一版，中国水利电力出版社
[3] 陈德亮．水工建筑物，1995．10，第三版，中国水利电力出版社
[4] 武汉水利电力学院农田水利工程建筑物教研室，水工建筑物设计程序集，1985．5，第一版，吉林科学技术出版社
[5] 龙驭球包世华．结构力学教程，1988．9，第一版，高等教育出版社
[6] 李炳威．结构优化设计，1989．4，第一版，人民交通出版社
[7] 王光远 董明耀．结构优化设计，1987．10，第一版，高等教育出版社
[8] 朱伯芳 黎展眉 张璧城．结构优化设计原理与应用，1984．12，第一版，水利电力出版社
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[11] 二级教程——Visual Basic语言程序设计编写组．二级教程——Visual Basic语言程序设计．2002．8，第一版，人民邮电出版社
[12] 刘亚莲．渡槽计算机辅助设计软件的研究，武汉大学硕士学位论文
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[15] 中国水力发电工程学会．1980高坝学术讨论会论文选集．1982．4，电力工业出版社
[16] 中华人民共和国．混凝土拱坝设计规范．2003．5，中国水利电力出版社
[17] 钱今希．工程结构优化设计．1983．3，水利电力出版社
[18] 刘立平．AutoLisp在建筑结构设计中的应用．2003．4，人民邮电出版社
[19] 陶全心．结构优化设计方法．1985．9，清华大学出版社
[20] 王光远 陈树勋．工程结构系统软件设计理论及应用．1996．2，国防工业出版社
[21] 刘夏石．工程结构优化设计．1984．3，科学出版社
[22] 李炳威．结构优化设计．1984．3，科学出版社
[23] 太阳工作室．AutoCAD2000三维模型制作宝典．2001．7，人民邮电出版社
[24] 网冠科技．AutoCAD2000／2000i应用工程师和数据库连接认证考试．2001．5，机械工业出版社
[25] 王明强．计算机辅助设计技术．2002．12，科学出版社
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[32] 曹德胜 张玲等．Visual Basic上机实战指导教程．2003．4，机械工业出版社
[33] 唐毅 马以超 杨炯 李锐．白鹤水电站拱坝体型优化设计．水利水电技术，1999年第1期
[34] 计家荣 丁予通．二滩拱坝设计于优化．水力发电，1998年第7期
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[36] 朱伯芳等．拱坝的智能优化辅助设计系统——ADIOCAD．水利学报，1994年第7期
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[39] 刘国华 汪树玉．拱坝体形优化设计方法及工程应用．计算结构力学及其应用，1994年11月，第11卷第4期
[40] 厉易生 贾会生 朱伯芳．小港拱坝拱型优化研究．水利水电技术，1997年2期
[41] 厉易生．拱坝优化体形的坝体最小体积．水利水电技术，1995年10期
[42] Bofang Zhu. Stress Level Coefficients and Safety Level Coefficient for Arch Dams. Dam Engineering, Vol. Issue 3, Oct., 2000, p133～142
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[44] U. S. Bureau of Reclamation. Trial Load Method Analyzing Arch Dams, Boulder Canyon Project Final Reports, Part V, Bulletin 1, 1988
[45] Owen D R J, Hinton E. Finite Elements in Plasticity , Swansea (U. K): Pineridge Press, 1980
[46] Zhu Bofang, Rao Bin and Jia Jingsheng .Stress analysis of noncircular arch dam .Dam Engineering, Vol. 2, Issue 3, Aug., 1991, 253～272
[47] D. M. Himmelbau, Applied Nonlinear Programming, Mc Graw-Hill, 1982
[48] R. L. Fox, Optimization Methods for Engineering Design, Addison-Wesley, 1981
[49] M. Avriel, Nonlinear Programming, Analysis and Methods, Prentice-Hall, 1986
[50] Rao. Optimization, Theory and Applications, 1988