门窗幕墙结构有限元分析系统的研究与实现（二）

　　采用有限元分析技术进行线性结构分析，最终必然归结为求解一系数矩阵为对称正定阵的线性方程组。因而线性方程组求解的效率和精度是线性结构有限元分析软件成功与否的关键因素。线性方程租的求解一般可以考虑以下几个关键问题：（1）总刚度矩阵的存储空间效率以及读取时间效率。（2）总刚度矩阵算法选择以及对总刚度矩阵的计算预处理。（3）计算模型的完整性检验。


2.3 ANSYS二次开发技术

　　ANSYS二次开发技术主要包括UPFs、UIDL与APDL。三者具体侧重点各不相同: UIDL 是主要用于控制GUI界面；UPFs向用户提供丰富的开发子程序和函数，基于此用户可以进行较为复杂的二次开发；APDL是一种参数化解释语言，可以用于实现参数化的有限元分析、分析批处理、专用分析系统的二次开发以及设计优化等。本系统采用APDL技术，实现了系统与ANSYS的有效集成。系统与ANSYS的集成模型如图5所示。

　　以APDL技术为基础，系统将ANSYS作为基本服务子程序，以文本文件为数据集成载体，实现了系统与ANSYS的松散耦合与集成。ANSYS集成调用过程主要有四个步骤：（1）基于参数化建模技术提供的模型信息读取功能读取个性化模型信息。（2）根据模型信息生成APDL宏文件。（3）根据生成的宏命令文件提交给ANSYS进行批处理操作。（4）读取结果文件并保存。


　　3 系统实现
　　基于对上述关键技术的研究，我们成功基于AutoCAD开发了一套实用的针对门窗幕墙结构分析领域的专业有限元分析系统——门窗幕墙结构有限元分析系统（简称：W-SCAS2006）。该系统是内江百科科技有限公司和重庆大学等单位在BKCADPM系列软件产品的基础上推出的又一重要软件系统，能够完成常见的门窗幕墙结构的计算分析和校核全过程，用户通过在AutoCAD中简单直观的图形界面交互操作，可一气呵成完成复杂的门窗幕墙结构的图形建模、模型修改、计算分析和校核等工作。采用系统后，可大大提高设计效率，优化设计结果，降低产品成本，提高产品质量和可靠性。系统主要由几何建模、载荷约束处理、计算分析和校核、载荷及玻璃计算、图形与计算书生成及环境参数设置等几个模块组成。


　　系统具有以下特色：

　　系统提供了丰富的标准模型库，包括一端简支一端固定梁、固定梁、悬臂梁、等跨度梁、不等跨度梁、任意约束梁、鱼腹式桁架、平行弦桁架、单梁三角性桁架、单梁平面翼架、单梁立体翼架、鱼腹形平面翼架、平行弦平面翼架、单拉索、菱形拉索、鱼腹式拉索、弓形单拉索、张拉自平衡索杆等，对常见门窗幕墙支承结构均能通过参数化方式快速建模，可大大提高了用户的设计效率；


　　W-SCAS2006基于目前最为流行的图形辅助设计软件AutoCAD开发，具有与AutoCAD风格完全一致的用户界面和操作方法，操作方便，容易掌握；


　　对于系统未提供的模型，比如雨棚、门架等，可采用系统的识别图形建模功能进行建模，然后进行计算分析，系统全面兼容AutoCAD的文件格式，能够与其它多种同类型CAD系统进行数据交互，系统适用面广；


　　采用基于ObjectARX的AutoCAD二次开发技术，系统扩展升级方便；


　　4 结束语

　　本文在对门窗幕墙结构分析的应用与研究现状分析的基础之上，提出了门窗幕墙结构有限元分析系统的体系结构。在针对参数化建模技术、有限元分析技术以及ANSYS二次开发技术等关键实现技术的研究基础之上，开发了一套针对门窗幕墙结构的专业有限元分析系统，对提高设计人员工作效率、缩短设计周期、降低设计成本以及提高设计质量具有一定的现实意义，目前系统已经在我国门窗幕墙行业中推广应用。


　　参考文献：
　　[1] 何丽梅、阎春平等．基于ObjectARX的空间网格结构CAD系统的研究．重庆建筑大学学报，2005，27（3）
　　[2] 张芹．幕墙立柱计算原理和计算方法．2004年铝门窗幕墙年会
　　[3] 董石麟等．空间网格结构分析理论与计算方法．中国建筑工业出版社，2000
　　[4] 博弈创作室．APDL参数化有限元分析技术及其应用实例．中国水利水电出版社，2004
　　[5] 张芹．张拉索杆结构点支式玻璃幕墙结构设计原理．2003年铝门窗幕墙年会

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