论文题目: 面向对象结构有限元软件开发
论文类型: 硕士论文
论文专业: 结构工程
作者: 陈亚春
导师: 吴京
关键词: 面向对象,软件工程,有限元,统一建模语言,模型
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 传统有限元软件是采用面向过程方法编写的,这些代码包含了许多复杂的数据结构,并且通过过程来访问,这就大大制约了程序的可维护性,而与之对应的面向对象方法成功地解决了这个难题。与此同时,由于结构分析软件的异常复杂性,使得我们在软件开发时不能象编写一段小程序那样随意,而必须遵循软件工程的方法进行。在结构有限元软件的开发历程中,主要研究内容和成果如下:阐述了面向对象方法与软件工程方法在结构有限元软件开发中的必要性,将这两者紧密地结合在一起,融入到软件开发的每一个过程。在分析面向对象方法的基础上,探讨了该方法是如何从根本上解决大型复杂软件的可维护性(含可扩充性)难题的问题。深入地剖析了面向对象方法的类、继承层次结构、多态这三个最基本的特征。针对平面梁板结构线性静力有限元计算部分进行了标准的需求分析,且撰写了规范的需求文档。对结构有限元软件系统进行了面向对象分析,采用类图为系统建立了静态模型:确定了7大基类以及它们之间的相互关联,确定了各个类的自身属性,确定了单元类与材料类的泛化层次结构,为各个基类确定了它们的操作。为有限元程序搭建起了一个核心框架。对结构有限元软件系统进行了面向对象设计,利用改进的顺序图,清晰地描述了结构有限元线性静力分析的各个动态步骤,如系统中各对象的初始化,各对象的形成,单元刚度矩阵的形成,用LDLT法解线性方程组等,其中,还对计算总刚度矩阵和获取位移向量、荷载向量这两个较为繁杂的步骤进行了更为深入的细化分析。在以上工作的基础上,推导了考虑计算轴线偏离形心线的梁单元的刚度矩阵表达式,编制了包含杆单元、梁单元、板单元以及线性材料类的结构有限元线性静力分析程序,算例结果验证了程序的正确性。并以将梁单元类、混凝土材料类扩充进程序系统为例说明了软件具有良好的可维护性。
论文目录:
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英文摘要
第一章 绪论
1.1 面向对象方法在结构有限元软件开发中的必要性
1.1.1 面向过程有限元程序设计方法及其缺陷
1.1.2 面向对象有限元程序设计方法在国内外的研究现状
1.2 软件工程方法在结构有限元软件开发中的必要性
1.2.1软件工程的基本概念
1.2.2优良软件的属性
1.2.3软件项目中的基本活动
1.3 本文的主要研究内容
本章参考文献
第二章 有限单元法与面向对象概念的简介
2.1 有限单元法的进展回顾
2.2 有限元方法的一般步骤
2.3 面向对象方法概述
2.3.1 面向对象的概念
2.3.2 类和对象
2.3.3 实例变量
2.3.4 方法、操作与多态
2.3.5 继承层次结构
2.3.6 继承层次结构对多态和变量声明的影响
2.3.7 基于重用技术进行软件开发
2.3.8 小结
本章参考文献
第三章 需求工程
3.1 领域分析
3.2 软件项目的起点
3.3 定义问题和范围
3.4 需求的定义
3.5 需求的类型
3.5.1 功能性需求
3.5.2 非功能性需求
3.6 需求收集与分析技术
3.7 本章小结
本章参考文献
第四章 结构有限元软件的面向对象分析
4.1 面向对象分析概述
4.2 用类进行建模
4.2.1 UML的概念
4.2.2 UML类图的要素
4.2.3 关联与多重性
4.2.4 泛化
4.2.5 实例图
4.2.6 聚合
4.3 类图的开发过程
4.3.1 领域模型与系统模型的比较
4.3.2 建模活动的顺序
4.3.3 确定类
4.3.4 确定关联和属性
4.3.5 确定泛化
4.3.6 为类指定职责
4.3.7 确定操作
4.3.8 小结
4.4 OOFE 类与对象的识别与确定
4.5 OOFE 关联与属性的确定
4.5.1 基本类关联的确定
4.5.2 确定类的属性
4.6 OOFE 泛化的确定
4.6.1 单元类的泛化
4.6.2 材料类的泛化
4.7 OOFE为类指定职责及确定操作
4.8 本章小结
本章参考文献
第五章 结构有限元软件的面向对象设计
5.1 面向对象设计概述
5.2 交互建模
5.2.1 顺序图
5.2.2 协作图
5.3 OOFE线性静力分析的面向对象设计
5.3.1 有限元对象的初始化及计算前的准备工作
5.3.2 单元刚度矩阵的形成
5.3.3 结构有限元的静力计算过程
5.4 本章小结
本章参考文献
第六章 结构有限元软件的面向对象实现
6.1 C++及MFC简介
6.1.1 匈牙利表示法
6.1.2 常用 MFC 类简介
6.2 程序涉及的基本单元有关问题探讨
6.2.1 平面桁架单元分析
6.2.2 平面梁单元分析
6.2.3 8节点平面等参单元分析
6.3 节点自由度编号处理
6.4 总刚矩阵的一维变带宽存储
6.4.1 带宽的计算
6.4.2 一维存储方式
6.4.3 总刚矩阵的组装
6.5 支座位移处理和支座反力计算
6.5.1 支座位移处理
6.5.2 支座反力计算
6.6 程序编制过程中其它问题的探讨
6.6.1 矩阵类简介
6.6.2 线性方程组的求解
6.7 程序的扩充方法
6.7.1梁单元类加入到程序系统的示例
6.7.2混凝土材料类加入到程序系统的示例
6.8 程序测试与验证
6.8.1 程序的测试
6.8.2 程序的验证
6.9 本章小结
本章参考文献
第七章 全文总结
7.1 本文研究成果及结论
7.2 软件开发的下一步工作
致 谢
作者在攻读硕士学位期间发表的论文
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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