计算力学及其发展.doc

计算力学及其发展展计算力学是在计算机日益普及和计算技术不断发展的条件下,作为传统固体力学的一个分支而出现的一门新兴学科,随着理论研究的不断深入和工程应用的不断普及,计算力学已经渗透到固体力学,流体力学,热力学,岩土力学,塑性力学,建筑结构,空间结构,航空航天,船舶,核电等各个领域.与此同时.计算力学的方法也在不断发展和完善.主要包括有限元法,差分法,边界元法,加权残数法等.有限元法在被提出之前已经作为结构的矩阵分析方法的一个分支而得到应用.初期的有限元法建立在虚功原理或最小势能原理的基础之上,可看作是里兹法的推广.当前,以各种不同的变分原理为基础而发展起来的有限元方法,由于能够较好地适应于各种复杂的边值条件和定解条件,而得到了普遍的应用.从有限元法的理论和流行的应用软件包的功能来看,有限元方法已经相当成熟,今后要做的大量工作是进步扩大有限元方法的应用范围,提高和完善有限元方法的使用技巧等.有限元方法在计算模具注塑成型过程,高速碰撞过程时.遇到了困难,因为这类过程中,有限元网格发生很大的的畸变,因此,各种无网格方法相继出现,但是它们都各自存在一些缺点,尚没有482o册掣第l期,一种很完善的无网格方法面世.差分方法比有限元方法更加古老,但并没有失去活力.也同时在流体力学领域内得到新的发展.最近出现的计算方法也很多,边界元方法是在解析解和半解析解的基础上展开的.加权残数(差)法从控制残差的角度出发,状态空间法则是从现代控制论中借鉴的方法,精细积分法通过有效的积分格式大大地提高了数值方法的计算效率.这些方法都将在研究与应用中不断发展.日臻完善.计算力学的方法可以相互结合起来,人们已经对有限元方法与加权残数法的关系,有限元法与边界元法的关系进行了相当程度的研究,但是,最为成熟的还是有限元方法.有限元方法可以解决固体力学的两大类非线性问题几何非线性问题与材料非线性问题.对于非线性问题的解法,计算力学的方法都将导出一组非线性方程,目前还没有办法可以精确求解.而只能采用数值方法.常用的数值方法有直接迭代法,牛顿一拉斐逊法,拟牛顿法和增量法,后3种方法都是间接迭代法.因此,非线性问题都是通过迭代法来求解的.而且,非线性问题的解答不一定是唯一的,数值解的收敛性也不一定能得到保证.可见.非线性问题的求解比线性问题复杂得多,为了顺利解决各种类型的非线性问题,需要具备更多的基础知识和实际经验.在结构的极限分析中,人们用极限平衡法和能量法取代传统的容许应力法用于结构的极限分析和设计.在研究板的极限荷载的过程中,人们发现了所谓零能模式和剪力自锁现象,认识到由于忽略了剪切交形和剪应力非线性分布的影响.经典的薄板弯曲的极限分析方法不能用于中,厚板的极限荷载的估计.关于中,厚板极限分析方法和屈服判据的研究,以及有关避免出现零能模式和剪力自锁现象的方法的探讨,遂成为计算力学研究的一个重要方面.线性弹性的超大结构分析问题(待求解的自由度数很大1,或非线性问题的迭代解法求解,都不可避免地意味着巨大的计算工作量.多年来,这些工作都依靠大中型计算机来进行,或者用大量的机时作为代价在小型或微型计算机上进行.随着计算机软件与硬件技术的蓬勃发展,情况终于有了改观,出现了可以同时安装多个CPU的微型计算机和同时支持多个CPU的操作系统.这样,就为计算力学中的并行计算打下了物质基础.但是,计算机硬件支持的并发指令和操作系统支持的多CPU协同工作,只是整体上提高了计算机的性能,使得计算机在执行各种程序时的工作速度得到较大的提升,对于各种应用程序而言,可谓普降惠雨,并不是专为计算力学的应用而开发的功能.这就要求计算力学工作者研究各种具体算法的可并行性,把传统算法改造成并行算法,并结合所面临的问题的特点,合理安排各个CPU在程序运行期间的不同时段中的工作,这就是并行计算作为计算力学中一个崭新的课题所要解决的问题并行计算的理论研究业已开展多年,研究性的计算机程序通常都是针对结构具体的一类问题(如板的弯曲问题,自振频率问题等)而开展的,尚没有出现如传统的(串行)计算中那么多通用,成熟,稳定,可靠的计算机软件(包).在今后的一个相当长曹笑玲本文以具体的产品设计手表设计为例,对电脑艺术设计在具体设计中的应用进行阐述.一,分析设计的目的与要求首先,要确定产品的类型.一是按使用类型分类.例如,商务表多为商务人士配带,一般用来象征身份,造型需简洁流畅,追求品质品牌;运动表用于休闲场合,造型随意,功能较多;时装表时尚感强,年年推陈出新,为新潮人士喜欢等.二是按材质分类.例如,金属表,中高档表采用全钢或钛金,中低档采用钢,铝合金或者包片;塑胶表以运动表较多等.三是按机芯类型分类.机械表和石英表(指针/跳字1.这种划分其实对外观造型设计上没有太大的影响,不论哪种都可以使用指针,而跳字的几乎都是石英表.其次,要对市场准确定位.例如,准备投放到欧美市场的,产品的外观造型要大气一些,尺寸也相应的会大一些.造型简洁流畅为主,不要过于复杂与花哨,可以环保意味强一些,色彩以深沉为主.东南亚与日本市场要求产品造型要饱满一些,尺寸适中,不要过于怪异,色彩相对柔和,这跟东方人的心理与习惯有关.另外,使用人群的性别不同,消费心理也不同.男装表造型要大气,线条硬朗,用色深沉些.女装表线条要柔和,造型精致小巧,用色柔美些.二,构思所谓构思阶段就是通常所说的创意阶段.这个阶段需要查找资料,了解手表市场现状,浏览各种图片信息,时尚类刊物,电子类杂志或各类图库等,从中寻找需要的设计元素,并及时记录下来.好的设计,一定要有独特的构思和设计点,这样才能或是结构的破坏分析等都具有极其重要的意义.计算机仿真实验也是计算力学的一个重要方面.通常的相似性模型实验,光弹性实验和动力冲击实验一般需要相当的经费支持和较长的时间,且由于实际结构及其工作状态的复杂性,有时甚至于无法进行.在这种情况下,用计算机进行仿真实验,不仅可以低成本地重复进行,而且具有更加广泛的适应性.当然,计算机仿真实验并不能完全代替传统的模型实验和光弹性实验.计算力学一直伴随着计算数学,计算机科学的发展而发展.除了计算力学工作者不断地发展其计算方法,新的计算数学方法的出现和计算机性能的突破性提高也推动了计算力学的不断完善.新型材料的应用,新的数学物理模型的建立,新的数值方法的研究以及计算机仿真实验的开展,必将使计算力学出现更加生机盎然的局面.(作者单位:安徽省经济信息中心)责任编辑:李丹丹的时期内,并行计算的方法的研究将是一个热门的课题.并行计算是用一台装有多个CPU和支持多个CPU协同工作的操作系统的计算机完成的,同样的工作量当然也可以由多台单(多)CPU的计算机协同作战来完成,这就形成了计算力学领域内的网络计算.虽然网络计算目前主要是商务和金融领域内的热门话题,但是,作为并行计算的延伸,相信它在不久的将来会成为计算力学新的增长点.计算机软件与硬件技术的发展为计算力学领域的可视化计算开启了大门.在信息和多媒体时代,可视化已成为一个不可阻挡的潮流.传统的计算中,计算完成之后,可以利用计算结果绘出结构的节点位移图,振型图,应力分布图