结构物实验模型的可视化仿真研究

论文摘要

现代科学技术的迅猛发展为土木工程的进一步发展提供了强大的物质基础和技术手段。在土木工程中,随着计算机的广泛应用,计算方法、计算效率和计算精度的日益提高,产生大量的计算数据,如何使从大量数据中得到的信息具有直观性和可读性,成为数据后处理中需要解决的重要问题,可视化技术就是解决这些问题的有力工具。随着近代科学计算可视化的发展,可视化在结果分析中的应用越来越广泛,成为提取数据信息的重要手段。 本文的主要研究目的是将混凝土梁的弯曲破坏过程用可视化方法进行表述,包括网格显示及裂缝的分形仿真。在系统设计中主要实现两方面的内容,第一是实现混凝土梁的可视化显示,第二是实现人机交互,包括录入数据,图形的放缩、平移、旋转等。在基于有限元单元网格的数据上共实现了两项内容: (1)在二维空间进行网格显示,根据单元节点的物理值进行了等值线的搜索,结合网格序列法和网格无关法的优点,提出一种基于有限元单元网格搜索等值线端点并生成等值线的算法,抽取了三角形网格上的等值线,并用二次B样条曲线进行了拟合,最后根据单元节点物理值绘制了云图。 (2)在三维空间中,将混凝土梁以八节点六面体单元网格进行显示。在定义了光照和材质下进行真实感显示,并对节点物理值进行了动画显示和云图显示。 混凝土裂缝是表征和衡量混凝土承受荷载破坏情况的重要参数之一,混凝土裂缝的可视化仿真为分析混凝土破坏发展情况提供了直观的方法,而近几十年来为广大研究人员所采用的分形方法正是研究裂缝的有力工具。本文对混凝土梁破坏过程的裂缝进行了分形性质的分析,计算了混凝土梁在破坏中的分维数,证明了在混凝土破坏各阶段,混凝土裂缝都具有分形性质。提出用分形理论中的L系统方法对裂缝进行模拟的新方法,为混凝土裂缝可视化仿真提供了一种新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 可视化仿真的背景及意义
• 1.1.1 可视化技术的背景及含义
• 1.1.2 可视化仿真
• 1.1.3 国内外研究概况及发展趋势
• 1.2 可视化仿真在土木工程中的应用
• 1.3 本文的研究意义
• 1.4 系统设计平台及工具的选用
• 1.4.1 基于Windows开发平台
• 1.4.2 使用Visual C++6.0作为开发工具
• 1.4.3 利用OpenGL绘制图形
• 1.5 本文的研究内容
• 2 系统的设计及显示功能的实现
• 2.1 VC++平台下OpenGL环境的建立
• 2.2 数据读取
• 2.2.1 利用ODBC读取数据
• 2.2.2 直接从数据文件中读取数据
• 2.3 可视化仿真系统基本框架
• 2.4 交互方法及功能实现
• 3 结构物模型的二维可视化
• 3.1 等值线的性质
• 3.2 网格序列法及网格无关法
• 3.3 等值线生成算法
• 3.4 等值线的曲线拟合
• 3.5 结果显示
• 4 结构物模型的三维可视化
• 4.1 真实感显示
• 4.1.1 OpenGL的颜色模型
• 4.1.2 光照
• 4.1.3 材质设置
• 4.1.4 反走样及融合技术
• 4.2 绘制结构体
• 4.2.1 线框图
• 4.2.2 真实感显示
• 4.2.3 物理值的网格显示
• 4.2.4 物理值的云图显示
• 5 混凝土裂缝的可视化仿真
• 5.1 什么是分形
• 5.1.1 分形的产生
• 5.1.2 分形的定义
• 5.1.3 分形的性质
• 5.1.4 分形的研究对象
• 5.1.5 分形的研究方法
• 5.1.6 分形在混凝土结构中的应用
• 5.2 混凝土裂缝的分形性质
• 5.2.1 分形维数
• 5.2.2 混凝土裂缝的分形维数测定
• 5.3 混凝土裂缝的计算机仿真
• 5.3.1 L系统
• 5.3.2 裂缝形态的模拟
• 5.3.3 裂缝发展过程的模拟
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书