地下结构 CAD 应用概况和发展 第一章免费下载.pdf

前言前言 CAD Computer Aided Design 意为计算机辅助设计 它是利用计算机硬件和软件 系统强大的计算功能和高效灵活的图形处理能力 帮助工程设计人员进行工程和产品的 设计与开发 以达到缩短设计周期 提高设计质量 降低成本 提高市场竞争力的一门 先进技术 第一章地下结构第一章地下结构 CAD 应用概况和发展应用概况和发展 1 1 CAD 的发展历史的发展历史 CAD 是伴随着计算机硬件的发展而发展的 早期由于计算机硬件成本较高时 只 有少数企业和研究单位才有计算机 CAD 系统的价格也非常昂贵 20 世纪 80 90 年代 微型机和图形工作站得到普及使用 商品化图形系统也获得 迅速发展 使 CAD 技术得到了迅速普及 但此时的 CAD 还基本上是 Computer Aided Drawing 与 Design 还有一定的距离 20 世纪 90 年代以来 计算机技术以前所未有的速度飞速发展 CAD 技术也迅速 渗透到各个行业中 并成为代表与衡量行业水平的重要标志 CAD 技术的纵向发展概况可用四次革命来描述 第一次 CAD 技术革命是曲面造型 系统 第二次 CAD 技术革命是实体造型技术 第三次 CAD 技术革命是参数化技术 第四次 CAD 技术革命是变量化技术 目前这些技术在机械领域应用较为普遍和成熟 土木建筑领域由于行业的原因 CAD 技术的应用还处于相对较低的层次 由于历史上的原因 我国的现代科学技术长期落后于世界先进水平 包括 CAD 技 术的研究与应用起步较晚 我国的计算机真正普及的时间并不长 大约只有十多年左右 的时间 但还是取得了一定的成果 如目前我国已有多种商品化应用软件在设计部门得 到广泛应用 如 PKPM TBSA TUS ABDS PIECAD SACB MSTCAD 3D3S 理正 启明星 GEOFBA 等软件 本电子书仅供读者预览 请在下载24小时内删除 不得用作商业用途 1 2 国内流行的地下结构国内流行的地下结构 CAD 应用软件简介应用软件简介 地下结构的计算工作复杂而繁重 绘图工作量也很大 其中许多重复性的工作单调 而枯燥 但又容不得差错存在 这正是最能体现和发挥 CAD 技术应用价值和威力的领 域 建筑结构设计是土木行业较早采用 CAD 技术的专业之一 商品化应用软件的开发 相对较早 而地下结构 CAD 起步较晚 相应的商品化软件较少 由于结构设计必须遵 循国家或行业技术规范 加之用户的语言习惯 地下结构 CAD 软件拥有相当大的潜在 市场 目前这些流行的软件基本上是由我国科研机构 大中型设计院和高等院校自主开 发或二次开发后推出的 以 AutoCAD 为图形支撑平台 是我国地下工程 CAD 软件中的一个重要方向 国 外一些大型 CAD 软件正通过汉化 采用中国规范等方式 在中国市场上推出他们的 商品软件 这将给我国应用软件市带来一种新格局 部分地下结构 CAD 软件概览表 软件名称开发单位适用范围主要功能及特点备注 北京理正软件北京理正软件 研究院 建 筑 铁 路 公路 市 政 水 利 电力 三大国产自主平台 理正 地理信息系统平台 理正 管理信息系统平台 理正 专业 CAD 应用集成平台 岩土工程系统软件产品主 要有 深基坑支护结构设 计 超级土钉支护设计 降水沉降分析 渗流分析 软件 挡土墙设计软件 边坡稳定分析系统 边坡 滑坍抢修设计软件 岩质 边坡稳定分析软件 抗滑 桩 挡墙 设计软件 软土 地基路堤 堤坝设计 地 基处理设计软件 基础 CAD 桩基 CAD 等 同济启明星岩 土软件 同济启明星科 技发展有限公 司 岩土公程桩基设计计算专业软件 深基坑支挡结构分析计算 软件 深基坑支撑结构分 析计算软件 深基坑复合 式挡墙软件 土钉墙设计 专用软件 边坡稳定计算 软件 天然地基沉降计算 软件等 同济曙光岩土 及地下工程设 计与施工分析 软件 同济大学地下 建筑与工程系 岩 土 及 地 下工程 建立了一个统一的岩土及 地下工程图形平台 主要 产品有 岩土及地下工程 平面有限元通用正 反分 析软件 公路隧道计算机 辅助设计软件 盾构隧道 计算机辅助设计软件 边 坡稳定分析软件 土钉墙 稳定与支护设计软件等 软脑软件软脑软件 北 京 有限公司 土木工程结构应力分析软件 2D 3D 地下水渗流分 析 2D Flow 3D Flow 离 散块体分析 2D Block 3D Block 土体固结分析 2D Consoil 地震液化分 析 2D Freq 杆系结构分 析 2D Frame 以分析计算 为主 AutoCAD R14 R2000 美国 Autodesk 公司 通 用 的 交 互 式 绘 图 软件 注 此表统计截止时间 2002 9 1 3 地下结构地下结构 CAD 发展趋势发展趋势 当今我们处于高科技不断创新的时代 与发达国家相比 我国工程设计领域引入 CAD 技术相对较晚 全面提高计算机应用水平与效益是工程设计现代化赋予这一代土 木工程技术人员的历史重任 近年来 CAD 技术在土木建筑设计领域中的发展和普及 已使我国的 CAD 应用水平与发达国家差距大大缩小 当前的地下结构 CAD 技术发展 趋势主要有 1 集成化 产品的集成化 开发的集成化 2 网络化 实现同专业多人并行协同设计 达到数据共享 软硬件共享 3 智能化 实现真正的 傻瓜 式操作 输入指定数据后即可得到最终的设计图 纸与计算书 报告书 4 虚拟现实技术 当前需要开展的工作 1 规范软件市场 促进软件产业的形成 2 科学的软件质量管理和保证体系 3 基础工作需要进一步深入 形成自主知识产权的核心产品 4 实现软件的模块化 层次化 5 软件开发应具有长远规划 注重技术储备 第二章第二章CAD 系统的构成系统的构成 CAD 系统由硬件系统由软件系统两大部分组成 现在随着大规模集成电路的发展 硬件条件越来越好 相应的软件系统就显得特别重要 CAD 软件系统由系统软件 语言处理软件 CAD 支撑软件和面向用户的应用软件 四大部组成 其中又以后两者尤为重要 CAD 支撑软件一般需要包括以下两方面的内 容 1 科学计算类支撑软件 如常用数学方法软件包 优化方法软件包 有限元分析 软件包等 2 图形支撑软件 如几何建模软件包 图形软件包和数据库系统等 通常 面向用户的应用软件需要专门开发 这是因为某些设计的专业性较强 涉及 的领域广泛 其开发需要专业人员的知识和经验 所以计算机辅助系统的开发是工程技 术人员应用计算机技术生产的综合产物 在支撑软件的基础上针对特定领域 特定工程 设计问题 特定产品等开发专用的软件 即面向用户的应用软件 也称为 二次开发 这种开发基础上往往由软件工作者和用户联合开发 第三章第三章AutoCAD 及其在地下工程中的应用及其在地下工程中的应用 3 1 AutoCAD 概述概述 AutoCAD 是由美国 Autodesk 公司推出 并在国际工程界广泛使用的计算机辅助绘 图软件 AutoCAD 是一个功能齐全 应用广泛的通用图形软件包 另外 它具有开放 式的体系结构 赢得了广大用户的青睐 AutoCAD 的基本特性如下 1 采用高级用户界面 2 具有一整套功能齐全的绘图和编辑命令 1 基本命令 二维和三维的实体绘制 图层操作 图块操作 尺寸标注 图形编 辑 显示控制 图案填充 属性处理 外部引用等 还包括系统设置 图形的输入输出 等 2 三维实体扩展命令 3 数据接口命令 4 光栅图片处理命令 3 提供 Auto Lisp 与 ADS ARX 的开发系统 4 提供多种接口技术 例如提供 DXF 文件格式与高级语言进行信息交换 IGES 等文件格式与其它 CAD 系统进行图形转换 5 允许进行系统参数和标准库文件的修改 AutoCAD 的系统变量是开放的 可以依据提供的条件进行修改 用来设置新的绘 图环境 用户还可以创建自己的文字字体 线型 阴影线图案 并可保存样式形成新的 标准库文件 6 具有网络功能 3 2 AutoCAD 的基本操作的基本操作 1 AutoCAD 的基本概念 1 坐标系 通用 世界 坐标系 用户坐标系 2 图形界限和范围 3 实体和实体特性 实体特性有图层 颜色 线型 实体描述字 4 图形显示 5 使用块 6 精确绘图辅助 如栅格和捕捉工具 正交模式 目标捕捉工具 显示坐标并定 位点 2 AutoCAD 的绘图过程 1 新建图形 2 设置图层与线型 3 图形绘制 4 图形文件的管理 3 基本图形命令的使用 3 3 AutoCAD 二次开发的方法二次开发的方法 在 AutoCAD 平台上进行开发的方法有多种 归纳起来大致有三类 1 利用各种形式与 AutoCAD 进行接口 三种主要接口方式 1 DXF 文件接口方式 优点 以 ASCII 码文本文件描述它的图形细节 可以完美的实现与高级语言的连 接 缺点 格式非常复杂 应用程序编写难度 2 SCR 文件接口方式 SCR 文件又叫命令文件 它是由一组 AutoCAD 命令组成的文件 3 DWG 文件接口方式 优点 打开速度快 缺点 以机器码形式存放 一般不能让高级语言直接读取 但 是目前的一些软件已经可以直接读取和生成 DWG 格式的文件 如 PKPM 等 2 通过 AutoCAD 提供的开发语言 AutoLisp AutoC ADS ARX 进行开发 1 AutoLISP LISP List Processing Language 是一种在人工智能学科应用广泛的一种语言 其特 点是 无需编译 交互方式好 程序易编写和易读 可用参数绘图 绘图效率高 执行 速度慢 2 ADS ADS 是 AutoCAD 使用 C 语言开发系统的一个库函数 3 ARX ARX Automatic Run Time Extension 应用程序会生成一个 Windows 环境下的动态 链接库 DLL 它共享 AutoCAD 的地址空间并直接调用 AutoCAD 的 API 函数 其特点 是 基于 Windows DLL 的编译应用程序环境 集成了 AutoCAD AutoLISP 和 ADS 提供 220 个类与 3000 多个成员函数 最大的可操作性 直接利用 C 进入 AutoCAD 数据结构内核 运行时可扩展 4 ActiveX Automation ActiveX 技术源于 OLE Object Linking and Embedding 技术 Automation 技术允许 一个应用程序操纵在另一个应用程序中实现的对象 从而可以被操纵 操纵程序被 称为客户 而被操纵程序称为服务器 被操纵的对象是 ActiveX 对象 3 利用 AutoCAD 块命令开成标准图形库的单元块法 适合于标准构件单元多的情况 如