计算机在土木工程中的应用

序

前言

第1章 绪论

1.1 计算机在结构分析方面的应用与发展

1.2 结构分析的手算和电算关系

1.3 结构分析程序应用基础

1.4 结构分析程序开发基础

第2章 结构静力分析程序应用

2.1 结构分解与描述

2.2 结构描述算例

2.3 数据文件建立与程序运行

2.4 计算结果

2.5 上机作业

第3章 结构静力分析程序设计原理

3.1 矩阵位移法

3.2 程序编制方法及源程序解释

3.3 程序开发作业

第4章 结构静力分析程序的应用拓展

4.1 平面刚架程序计算连续梁

4.2 平面刚架程序计算拱结构

4.3 壁式框架的计算

4.4 斜撑框架的计算

4.5 平面刚架程序计算平面桁架

4.6 桁梁组合结构的计算

4.7 梁拱组合结构的计算

4.8 弹性支座、斜向支座的处理

4.9 平面刚架程序计算交叉梁

4.10 对称性的利用

4.11 应用结构分析程序绘制影响线

4.12 桁架结构的满应力优化

4.13 上机作业

4.14 程序开发作业

第5章 土木工程应用程序开发

5.1 钢筋混凝土受弯构件正截面受弯计算程序

5.2 钢筋混凝土受弯构件斜截面受剪计算程序

5.3 钢筋混凝土偏心受压构件对称配筋计算程序

5.4 钢筋混凝土构件挠度和裂缝计算程序

5.5 地震作用底部剪力法计算程序

5.6 宽深修正后的地基承载力特征值计算程序

5.7 重力式挡土墙计算程序

5.8 单桩竖向承载力计算程序

5.9 基础软弱下卧层验算——Excel二次开发示例

5.10 混凝土施工配合比计算程序

5.11 土石方工程量计算程序

5.12 土方调配计算程序

5.13 施工网络计划参数计算程序

5.14 程序开发作业

第6章 常用土木工程设计计算软件介绍

6.1 建筑设计类软件

6.2 结构设计类软件

6.3 力学分析类软件

6.4 工程管理类软件

参考文献

《计算机在土木工程中的应用》可作为高等院校土建类专业相关课程的教材，也可供相关工程技术人员参考。 2100433B

《计算机在土木工程中的应用》从最简单的结构静力分析程序人手，逐步深入提高。从程序的常规使用到灵活应用，在程序的应用中体现力学概念，并通过程序开发示例展示计算机程序在土木工程上的应用。《计算机在土木工程中的应用》首先介绍了包括平面桁架结构、平面框架结构、平面排架结构等的静力分析程序的使用方法以及编制原理，以及其在连续梁、拱结构、壁式框架、组合结构、平面交叉梁系等结构上的应用，然后介绍如何利用程序设计语言（Visual Basic、Visual C 、Excel等）编制处理实际工程问题的应用程序，包括钢筋混凝土配筋、裂缝计算、地震作用计算、挡土墙设计、单桩承载力计算、混凝土配合比计算、土石方工程计算等，最后介绍常用的土木工程商业软件。为突出应用，《计算机在土木工程中的应用》有相当数量的算例及课后习题。配套光盘含所有源程序。

《计算机在土木工程中的应用》可作为高等院校土建类专业相关课程的教材，也可供相关工程技术人员参考。

本书为ABAQUS软件在土木工程领域应用实例教材，在重点介绍岩土及混凝土材料本构模型理论及在ABAQUS软件中实现的基础上，通过一系列土木工程应用实例，介绍了土木工程分析在ABAQUS中的实现方法。在工程算例部分，介绍了ABAQUS软件在岩土工程及结构分析中的各种应用，具体包括土体强度、桩土共同作用、固结、开挖等问题分析、混凝土静动力开裂分析以及沥青混凝土方面的静动力分析。

《材料科学工程专业本科系列教材·计算机在材料工程中的应用》采用较多的实例介绍了计算机在材料科学与工程中的应用以及相关软件的使用。主要内容有材料科学与工程中的数据处理方法、数值模拟基础及典型物理场的模拟方法，计算机辅助计算与设计，人工神经网络在材料科学与工程中的应用，材料数据库与专家系统，材料成型过程的计算机模拟等。

第1章 绪论1

1.1 计算机技术的发展1

1.1.1 计算机硬件技术的发展1

1.1.2 计算机软件技术的发展2

1.1.3 计算机网络技术的发展3

1.2 材料科学与工程的基本概念与发展3

1.2.1 材料科学与工程的基本概念3

1.2.2 材料科学与工程的发展4

1.3 计算机技术在材料科学与工程中的应用6

1.3.1 计算机模拟在材料科学与工程中的应用7

1.3.2 材料与工艺过程的优化及自动控制10

1.3.3 材料数据库和材料设计10

1.3.4 计算机辅助设计技术(CAD)在材料科学与工程中的应用11

思考题与上机操作实验题11

第2章 材料科学与工程研究中的数据处理12

2.1 数据处理的基本理论12

2.1.1 曲线拟合与最小二乘法12

2.1.2 一元线性拟合12

2.1.3 多元线性回归15

2.1.4 可转化为一元线性回归的其他一元线性拟合18

2.2 Origin软件在材料科学与工程中的数据处理应用21

2.2.1 0rigin软件参数介绍及基本操作2l

2.2.2 0rigin在材料科学与工程中的应用实例27

2.3 Excel软件在材料科学与工程中的数据处理35

2.3.1 计算功能352.3.2规划求解37

思考题与上机操作实验题38

第3章 材料科学与工程研究中的数学模型及数值计算42

3.1 数学模型的基本知识42

3.1.1 数学模型的分类43

3.1.2 数学建模的过程44

3.1.3 数学模型的特点46

3.1.4 数学模型的建立方法47

3.2 材料科学与工程研究中的数学模型48

3.2.1 理论分析法48

3.2.2 模拟方法49

3.2.3 类比分析法53

3.2.4 数据分析法56

3.2.5 利用计算机软件(Origin软件)建立数学模型56

3.3 材料科学与工程中的数值计算方法61

3.3.1 线性方程组的计算机计算62

3.3.2 有限差分法求解63

3.3.3 有限元法求解70

思考题与上机操作实验题82

第4章 材料科学与工程中典型物理场的数值模拟83

4.1 温度场的数学模型及求解83

4.1.1 温度场的基本知识84

4.1.2 温度场的数学模型86

4.1.3 温度场的有限差分求解91

4.2 应力场的数学模型及求解113

4.2.1 应力场的基本理论与数学模型113

4.2.2 基于ANsYS软件的应力场计算117

4.3 浓度场的通用数学模型与计算120

4.3.1 菲克第一定律120

4.3.2 菲克第二定律12l

4.3.3 运用有限差分法求解渗碳浓度场121

4.3.4 基于MATLAB的渗碳过程计算127

4.4 铸件充型过程流场的通用数学模型130

思考题与上机操作实验题132

第5章 材料科学与工程中的计算机辅助计算与设计技术135

5.1 相图计算135

5.1.1 相图计算的原理及计算方法135

5.1.2 相图数据库与计算软件136

5.1.3 Thermo-Cale软件在相图计算中的应用137

5.2 材料设计理论及实践16l

5.2.1 材料设计概论16l

5.2.2 MaterialStudio软件及其在材料设计中的应用166

思考题与上机操作实验题172

第6章 人工神经网络及Matlab语言在材料科学与工程中的应用173

6.1 人工神经网络的基本知识173

6.1.1 人工神经网络的理论基础173

6.1.2 人工神经元模型和网络结构174

6.1.3 误差反向传播神经网络模型175

6.2 人工神经网络在材料科学与工程中的应用18l

6.2.1 在材料设计和成分优化中的应用181

6.2.2 在材料力学性能预测中的应用181

6.2.3 在相变特性预报中的应用182

6.2.4 人工神经网络用于材料的检测183

6.3 Matlab的基本使用方法184

6.3.1 Matlab的主要功能184

6.3.2 基本操作184

6.3.3 Matlab语言基础186

6.3.4 Matlab程序设计初步187

6.4 Matlab神经网络工具箱及其使用189

6.4.1 概述189

6.4.2 神经网络工具箱通用函数189

6.4.3 BP网络的神经网络工具箱函数190

6.4.4 BP网络的Matlab实现191

6.5 应用举例：基于BP网络的镁合金.AZ6lB晶粒尺寸模型的构建及仿真191

6.5.1 数据收集及整理191

6.5.2 BP网络模型的设计192

6.5.3 数据的预处理一192

6.5.4 人工神经网络工具箱实现194

6.5.5 M文件的方法求解20l

思考题与上机操作实验题205

第7章 材料科学与工程中的数据库与专家系统应用206

7.1 数据库在材料科学与工程中的应用206

7.1.1 数据库的基本知识206

7.1.2 材料数据库的发展208

7.1.3 应用举例——基于Web的镁合金数据库的开发210

7.2 专家系统在材料科学与工程中的应用214

7.2.1 专家系统基本知识214

7.2.2 材料科学与工程中专家系统的发展及应用215

7.2.3 应用举例217

思考题与上机操作实验题221

第8章 材料成形过程的计算机模拟222

8.1 概述222

8.2 塑料注塑成形过程模拟软件MoldFlow223

8.2.1 MoldFlow软件介绍223

8.2.2 MoldFlow软件操作步骤及分析实例226

8.3 体积成形模拟软件I)eform230

8.3.1 Deform模拟分析软件介绍230

8.3.2 Deform软件操作步骤及应用实例232

8.4 铸造成形过程模拟软件ProCAS237

8.4.1 ProCAST简介238

8.4.2 ProCAST的模拟过程242

8.4.3 ProCAST软件应用实例242

思考题与上机操作实验题244

参考文献2452100433B