門窗幕墻結構有限元分析系統的研究與實現（二）

　　采用有限元分析技術進行線性結構分析，最終必然歸結為求解一系數矩陣為對稱正定陣的線性方程組。因而線性方程組求解的效率和精度是線性結構有限元分析軟件成功與否的關鍵因素。線性方程租的求解一般可以考慮以下幾個關鍵問題：（1）總剛度矩陣的存儲空間效率以及讀取時間效率。（2）總剛度矩陣算法選擇以及對總剛度矩陣的計算預處理。（3）計算模型的完整性檢驗。


2.3 ANSYS二次開發技術

　　ANSYS二次開發技術主要包括UPFs、UIDL與APDL。三者具體側重點各不相同: UIDL 是主要用于控制GUI界面；UPFs向用戶提供豐富的開發子程序和函數，基于此用戶可以進行較為復雜的二次開發；APDL是一種參數化解釋語言，可以用于實現參數化的有限元分析、分析批處理、專用分析系統的二次開發以及設計優化等。本系統采用APDL技術，實現了系統與ANSYS的有效集成。系統與ANSYS的集成模型如圖5所示。

　　以APDL技術為基礎，系統將ANSYS作為基本服務子程序，以文本文件為數據集成載體，實現了系統與ANSYS的松散耦合與集成。ANSYS集成調用過程主要有四個步驟：（1）基于參數化建模技術提供的模型信息讀取功能讀取個性化模型信息。（2）根據模型信息生成APDL宏文件。（3）根據生成的宏命令文件提交給ANSYS進行批處理操作。（4）讀取結果文件并保存。


　　3 系統實現
　　基于對上述關鍵技術的研究，我們成功基于AutoCAD開發了一套實用的針對門窗幕墻結構分析領域的專業有限元分析系統——門窗幕墻結構有限元分析系統（簡稱：W-SCAS2006）。該系統是內江百科科技有限公司和重慶大學等單位在BKCADPM系列軟件產品的基礎上推出的又一重要軟件系統，能夠完成常見的門窗幕墻結構的計算分析和校核全過程，用戶通過在AutoCAD中簡單直觀的圖形界面交互操作，可一氣呵成完成復雜的門窗幕墻結構的圖形建模、模型修改、計算分析和校核等工作。采用系統后，可大大提高設計效率，優化設計結果，降低產品成本，提高產品質量和可靠性。系統主要由幾何建模、載荷約束處理、計算分析和校核、載荷及玻璃計算、圖形與計算書生成及環境參數設置等幾個模塊組成。


　　系統具有以下特色：

　　系統提供了豐富的標準模型庫，包括一端簡支一端固定梁、固定梁、懸臂梁、等跨度梁、不等跨度梁、任意約束梁、魚腹式桁架、平行弦桁架、單梁三角性桁架、單梁平面翼架、單梁立體翼架、魚腹形平面翼架、平行弦平面翼架、單拉索、菱形拉索、魚腹式拉索、弓形單拉索、張拉自平衡索桿等，對常見門窗幕墻支承結構均能通過參數化方式快速建模，可大大提高了用戶的設計效率；


　　W-SCAS2006基于目前最為流行的圖形輔助設計軟件AutoCAD開發，具有與AutoCAD風格完全一致的用戶界面和操作方法，操作方便，容易掌握；


　　對于系統未提供的模型，比如雨棚、門架等，可采用系統的識別圖形建模功能進行建模，然后進行計算分析，系統全面兼容AutoCAD的文件格式，能夠與其它多種同類型CAD系統進行數據交互，系統適用面廣；


　　采用基于ObjectARX的AutoCAD二次開發技術，系統擴展升級方便；


　　4 結束語

　　本文在對門窗幕墻結構分析的應用與研究現狀分析的基礎之上，提出了門窗幕墻結構有限元分析系統的體系結構。在針對參數化建模技術、有限元分析技術以及ANSYS二次開發技術等關鍵實現技術的研究基礎之上，開發了一套針對門窗幕墻結構的專業有限元分析系統，對提高設計人員工作效率、縮短設計周期、降低設計成本以及提高設計質量具有一定的現實意義，目前系統已經在我國門窗幕墻行業中推廣應用。


　　參考文獻：
　　[1] 何麗梅、閻春平等．基于ObjectARX的空間網格結構CAD系統的研究．重慶建筑大學學報，2005，27（3）
　　[2] 張芹．幕墻立柱計算原理和計算方法．2004年鋁門窗幕墻年會
　　[3] 董石麟等．空間網格結構分析理論與計算方法．中國建筑工業出版社，2000
　　[4] 博弈創作室．APDL參數化有限元分析技術及其應用實例．中國水利水電出版社，2004
　　[5] 張芹．張拉索桿結構點支式玻璃幕墻結構設計原理．2003年鋁門窗幕墻年會

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