借助 App 高效分析土木工程设计

Abbie Weingaertner 2016年 7月 6日

在你的脑海中想象某种类型的土木工程结构,比如普拉特桁架桥。每一类桥梁的设计理念是相似的,桥的实际结构和承受载荷却各有不同。借助“App 开发器”,你可以设计一种仿真工具,使得用户可以轻松地修改参数,借此描述并分析各种不同的几何结构和载荷。让我们一起认识“桁架桥设计器”计算 App。

普拉特桁架桥——经典实用的土木工程设计

多年来,普拉特桁架桥一直是为土木工程师所钟爱的结构设计。这种类型的结构拥有易于识别的特征:除了首尾两端,桥的两侧都架有斜梁,均朝跨度中心倾斜。这种特殊设计中的斜梁只受到张力的作用,因此可以使用较轻较便宜的材料。较短的纵梁受屈曲力的影响较小,主要承受压缩载荷。

普拉特桁架桥照片,这是一种流行的土木工程设计。
普拉特桁架桥。图像由 Jeffrey Beall 拍摄,已获 CC BY-SA 2.0 许可,通过 Flickr Creative Commons 共享。

任何类型的土木工程结构都要承受来自汽车、风等外界物体的各种作用力,这对对普拉特桁架桥的安全性和稳定性带来严重影响。分析这些因素要求我们清楚结构所承受的载荷和桥的具体尺寸。计算 App 能够帮助我们评估上述因素,易于使用的软件界面也赋予更多人强大的仿真能力。我们来看一个例子……

设计一款桥梁结构与载荷分析 App

“桁架桥设计器”App 以普拉特桁架桥教学模型为基础。内嵌模型和底层理论都隐藏在简洁的界面背后,用户能够轻松进行导航和使用。作为 App 的设计者,由你来决定如何组织 App 的布局和设计,添加哪些必要的参数。

‘桁架桥设计器’计算 App 的用户界面截图。
桁架桥设计器 App 的用户界面(UI)。

上图所示的演示 App 包括两个主要分区:输入 区和结果 区。在输入区内,用户可以修改桥梁的尺寸、支撑梁的横截面数据以及路面的厚度和阻力系数。风载荷 子栏可用于指定是否施加风载荷,并设定风向和强度。在卡车载荷 子栏中,用户可以指定稳态分析中卡车的位置和重量。添加的卡车数量须符合以下标准:

  • 允许将卡车位置设为一根车轴在桥内,但不能整辆卡车都在桥外
  • 卡车的车轮不能在 y 方向的桥外
  • 添加多个卡车时,卡车之间必须不能互相重叠

如果卡车的位置不符合以上标准,软件将弹出警告信息,同时计算稳态 按钮将被禁用。通知有助于指导用户进行仿真测试,保证结果的一致性。

看完了输入 区,我们下面来看结果 区。这里有一组选项卡,每个选项卡包含多个绘图。比如,预处理数据 选项卡包括四个可选择的绘图。桥的尺寸修改后,几何 绘图将自动更新。只要点击更新预处理 按钮,即可手动更新卡车载荷风载荷梁方向 绘图,实时反馈输入数据的变化。

稳态结果 选项卡也包含四个可选择的绘图:移位梁的受力和力矩梁的应力路面应力。用户可以选定力或力矩的分量,然后将其绘制到力与力矩绘图中,或者将结果绘制在所有梁或一组梁上。

最后一个选项卡是特征频率结果。这一部分展示了通过上方的选择器指定的振型的归一化位移。

 

如果用户想要将自己的仿真结果分享给别人,该如何做呢?生成报告 按钮让这一操作变得很简单。点击此按钮,系统将生成报告,不仅包含 App 仿真结果,带有定制主题,还可以突出更多细节。

计算 App 成为研究土木工程结构的可靠工具

每个设计团队都会经历了一系列独特的挑战。借助“App 开发器”,你可以为自己的设计打造一款定制工具,同时使团队的其他成员或者组织的其他部门能够自行运行测试。我们今天展示的普拉特桁架桥案例充分表明,仿真 App 是分析土木工程结构的实用可靠平台,定制分析特定的结构设计和载荷条件将为工程师带来极大的便利。

迫不及待了吗?利用下列资源,开始构建自己的 App 吧。

App 开发的学习资源


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