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《大连理工大学》 2003年
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基于网络的工程设计与有限元分析系统的面向对象构建

李海江  
【摘要】: 本文利用面向对象的方法(面向对象分析与面向对象程序设计),结合相关的网络应用技术(局域网/广域网/互联网等),将集群并行计算、Web计算以及网络工程设计等概念引入土木工程分析设计以及有限元数值分析领域,最终初步形成一个集成的基于网络的工程设计与有限元分析系统框架NetFEAF(Network based Finite Element Analysis Framework)。计算集群的建立、串并行有限元分析(OOParaFEA:Object Oriented Parallel Finite Element Analysis)、Web有限元计算(WebFEA:Web based Finite Element Analysis)、基于网络的重力式码头CAD系统(NetGraWCAD:Network based Gravity Wharf CAD integrated system)、用户接口以及通信模块等的实现都充分利用了面向对象的思想,模块化的实现策略使系统具有了很好的稳定性及可扩展性。通过构建NetFEAF系统,对计算机新技术在相关领域内的应用做了有益的尝试,同时也为基于网络的土木工程CAD/CAE以及网络协同设计的深入应用奠定了一定的基础,系统部分研究成果投入实际应用后,大大提高了设计效率,也进一步证明了系统开发的实用性。 NetFEAF系统依据自顶向下、分而治之以及层层推进的实现原则,采用了全新的系统构造思路,对系统的集成用整体类库组成图进行表述,对各组成部分通过子类库再进一步详细介绍,系统的整体实现被一层一层分解、细化,各组成部分基于统一的计算核心集成在同一个系统框架内,同时相互之间还保持一定的独立性,独成一体,正是因为深入利用了面向对象的分析与实现手段,整个复杂系统构成从概念上更有利于理解,集成更加紧凑,具体模块的实现也更加迅速高效,面向对象方法的变复杂为简单的策略艺术在系统的具体实现过程中得到了充分展示。 面向对象分析方法又被全新的应用于特定并行有限元计算集群的构建过程中,论文将集群系统的各种软硬件组件,映射成一系列相关联的类对象,形成一个完整的集群系统类库,通过对组成类特性的研究而实现对集群系统各组成部分的关联分析。论文通过系统化的方法详细介绍了集群系统的构建过程,并根据并行有限元分析模型,通过Socket网络通信实时构造集群运行状态表,进而以此实现集群计算任务的动态管理、同构/异构平台下的并行有限元分析以及网络工程分析设计等。 在深入分析已有研究成果的基础上,论文提出了一个独特而又不失一般性的、较为全面的、面向对象的、基于网络的集成限元分析类库并完成全部的程序实现,可利用子结构法,交互式的进行线性、非线性分析,还可通过网络进行远程同构/异构系统平台下的串、并行分布式有限元分析。具体实现过程中,充分发掘面向对象技术的优势,采用了多种全新的设计技巧,以降低各模块之间的耦合性,提高数据传输以及程序运行速度,同时又可以方便的集成前、后处理功能,论文还基于TCP/IP网络协议,依托实现的特定集群数据传输模型,分别利用两种不同的策略实现了并行有限元分析,与已有成果相比,面向对象方法在有限元分析领域内的应用更加深入、全面,实现的功能更加丰富。 论文还开发了全新用途的网络服务中心,包括Http服务器、计算服务器,以及各种用途的计算客户端:利用Java语言的网络通信、界面处理能力结合集群的密集并行计算能力一起完成特定的计算任务,从而使集群计算与Web计算很好的集成在一起;WebFEA作为一种应用客户端,配合NetFEAF集成系统的各个计算组成部分,可以实现一个比较全面的有限元分析方法的计算机辅助课件;当前基于Web的各种应用越来越广泛,但将 基于网络的工程设计与有限元分析系统的面向对象构建 其引入有限元分析以及土木工程设计领域还不多,基于NetFEAf系统,作者又利用面向 对象的方法实现了基于网络的重力式码头CAD集成系统,以从根本上改变传统的工程 分析设计软件的运行思路,使网络变成土木工程师的日常工作中心,系统部分成果通过 鉴定(文通部鉴定为“国内领先,可以大大提高设计效率,建议在水运行业内尽快推广 使用”)推出后的良好试用效果,使面向对象的方法在土木工程分析设计软件系统研制中 的优势得到进一步验证。配合目前工程软件网络化应用需求的日益高涨,提出了一种全 新工程分析设计软件的运作模式,即网络服务收费模式。不同于传统工程软件销售所有 权,网络服务收费模式销售的是软件服务,软件运行于网络上,用户只有在使用时才需 要交纳费用,这样全新的使用方式也给传统的工程软件的盗版问题提供了一个解决思路。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:U656.1

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 李海江;;基于集群的并行有限元分析研究[J];计算力学学报;2007年01期
2 李海江;基于互联网的分布式有限元分析[J];计算机应用;2004年S2期
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1 郭俊奇;基于集群技术的数控机床立柱模态分析[D];河南科技大学;2012年
【参考文献】
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【共引文献】
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10 左立;曾祥勇;;西部红层软岩地区某桥梁扩大基础有限元分析[J];四川建筑科学研究;2009年06期
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6 欧阳玉平;洪添胜;文韬;孙同彪;;基于ANSYS的太阳能自动跟踪机构仿真及实验分析[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
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9 谢素明;李晓峰;兆文忠;李娅娜;;CAE建模与工程验证[A];首届中国CAE工程分析技术年会暨2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2005年
10 龚友;王宪增;沈礼庆;;厢式半挂车有限元分析[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
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5 邢芳;基于集群系统并行求解线性方程组的设计与实现[D];辽宁师范大学;2010年
6 范子嘉;长脉冲激光与金属相互作用的热分析[D];长春理工大学;2010年
7 辛栋;纤维增强聚合物复合材料力学性能的数值预测[D];郑州大学;2010年
8 周宇龙;基于遗传算法的堤防材料动力特性反演分析[D];郑州大学;2010年
9 刘博;叶片式流体设备数字化研发与优化研究[D];郑州大学;2010年
10 王会杰;基于变形控制的复合地基变刚度概念设计研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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1 侯贯泽;刘树堂;简国威;;工程结构优化设计理论与方法[J];钢结构;2009年08期
2 耿新海;刘玉堂;王世杰;;六主轴数控车床床身的模态分析[J];装备制造技术;2010年01期
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8 李海江;;基于集群的并行有限元分析研究[J];计算力学学报;2007年01期
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10 马仕明;杨文通;刘志峰;程巍;;基于ANSYS的大型数控机床大扭矩、大功率B摆角铣头模态分析[J];机械设计与制造;2008年04期
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1 魏立峰;分布式存储环境下矩阵广义特征值问题的并行计算[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
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1 闫磊;铜包装线升降台载荷特性及动态力学性能研究[D];兰州理工大学;2011年
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3 姚磊;基于改进PSO算法的结构模型修正与损伤检测[D];南京理工大学;2010年
4 王予津;基于网格技术的数控机床性能分析研究及应用[D];河南科技大学;2009年
5 张怡馨;液压支架应力分析研究[D];西安科技大学;2011年
6 刘立美;XK5025数控铣床主传动系统动态设计[D];兰州理工大学;2005年
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9 邰晓辉;XK717数控铣床进给传动系统的动力学优化[D];浙江工业大学;2006年
10 刘品强;刮板输送机中部槽的强度分析及优化[D];河北工业大学;2007年
【二级引证文献】
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1 吴振华;梯度异质材料实体优化设计及成型规划方法研究[D];合肥工业大学;2012年
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1 刘文辉;基于集群的拖拉机前桥有限元分析及优化[D];河南科技大学;2012年
2 郭俊奇;基于集群技术的数控机床立柱模态分析[D];河南科技大学;2012年
【二级参考文献】
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1 胡宁,张汝清;一种改进的有限元子结构并行算法[J];重庆交通学院学报;1990年04期
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8 本报记者  周献恩 通讯员  刘苏阳 唐宏伟 贯文龙;新型板桩结构提高港口码头等级[N];中国交通报;2007年
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1 李海江;基于网络的工程设计与有限元分析系统的面向对象构建[D];大连理工大学;2003年
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4 王明波;磨料水射流结构特性与破岩机理研究[D];中国石油大学;2007年
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8 刘荣昌;曲轴参数化有限元分析系统与滚压关键参数设计理论研究[D];西安理工大学;2005年
9 周凌宇;钢—混凝土组合箱梁受力性能及空间非线性分析[D];中南大学;2005年
10 黄宇琦;胸锁乳突肌筋膜痛的解剖学及其临床研究[D];第一军医大学;2005年
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1 刘永志;温度场的有限元数值模拟及其在塑件和模具冷却分析中的应用[D];郑州大学;2003年
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3 吴浩;自适应有限元大坝应力取值研究及小湾拱坝平面稳定分析[D];清华大学;2004年
4 陈静;非金属补偿器温度场分析[D];南京航空航天大学;2005年
5 杨柳彬;标准管道法兰数据库系统的研究[D];合肥工业大学;2005年
6 张治国;轿车前部车身结构静态强度计算及动态分析[D];吉林大学;2005年
7 高有斌;水泥土桩复合地基三维弹塑性承载性状分析[D];郑州大学;2005年
8 张渤涛;复杂形状汽车覆盖件成形过程数值仿真模式的研究[D];山东大学;2005年
9 赵天雨;轻钢骨混凝土结构应用技术及抗剪性能的研究[D];河北理工大学;2005年
10 王勇;重载货车中Huck系列连接器力学行为数值仿真研究[D];大连交通大学;2005年
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