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空间弹性体有限单元计算的面向对象方法研究

李余江  
【摘要】: 有限元方法是求解数理方程的一种数值计算方法。是解决工程实际问题的一种有力的数值计算工具。它在经典的力学理论基础上,以计算机为工具,通过有限元软件来具体实现其应用。有限元软件的应用领域非常广泛,为了满足它多方面的功能和性能的要求,必须采用一种合适的软件开发方法来研制大量的高质量的有限元软件。有限元自身的模块性特点又使得有限元软件非常适合采用面向对象的程序设计方法来开发。 与传统的有限元程序(通常采用Fortran)相比,面向对象有限元程序更加结构化、更易于编写、更易于维护与扩充、程序代码的可重用成分更大,它为开发大型有限元分析软件提供了一条新的途径。 本文在静态线性有限元系统中引入了面向对象的程序设计方法,介绍了面向对象方法的基本概念及特征,并通过有限元的面向对象分析和设计,确定了一套基本的有限元对象类及有限元的面向对象模型,本文设计的所有类均采用C++编程语言进行了实现,最终形成了一套FEM类库,它们以动态连接库的形式存在。C++语言作为C语言的扩展,既具有灵活高效的特点,又具有面向对象的特征,因而被广泛用于软件设计。动态连接库是适应Windows多任务应用程序的出现而产生的一种代码和数据共享技术。动态连接库加载后,多个应用程序可以共享它在内存中的一份拷贝,从而减小了可执行文件的大小并提高了代码的共享程度。 在设计面向对象有限元程序中运用了基于ANSI/ISO C++标准模板库(STL)的技术,以向量模板类的特化继承对象为变容量数据容器,实现了可按计算实例的离散结点数量动态存取数据的机制和数据容器的零容量启动,从而避免了运算时系统对静态内存空间的超量占用。


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