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土木工程

土木建筑結構工程作為最早期的工程學科之一涵蓋著相當廣泛的科學技術領域。從土木建筑、橋梁結構、水工結構,到公路、隧道、地下工程等方面都離不開結構的設計與計算分析。土木工程是有限元分析應用的一個重要領域。土木工程設備的強度、壽命和可靠性分析以及鉆探、挖掘、采礦,施工等過程的力學仿真是結構工程領域中很深入、復雜并極具挑戰性的課題,需要多門學科的理論和方法的綜合應用。

計算機仿真模擬在這一領域起步較早,發展較快,國外大型模擬軟件大都是從滿足結構計算開始的。目前,數值模擬在土木建筑結構行業發展的相當成熟,不僅有大量的通用模擬軟件、而且還有眾多的針對某個專業需求的數值模擬軟件可供選擇。但目前結構工程數值模擬方面主要的困難表現在以下兩個方面:一是物理場耦合分析開發的難度大,很多方面工作才剛剛起步,如熱舒適環境優化設計與火災熱影響分析、車輛橋梁耦合分析、風橋耦合非線性分析、海洋結構海浪沖擊-海水腐蝕共同作用分析等。二是和建筑結構緊密相連的地基與基礎建模分析,國內外的很多工程往往因為地基和基礎處理的不正確而導致建筑結構工程的失效和破壞。萬丈高樓平地起,地的問題很復雜,性質多變,在計算模擬上通過模型把握有不小的困難,需要綜合考慮的因素很多,這對計算模擬也提出了很大的挑戰。

當前土木建筑結構工程分析中最關鍵的問題仍然是巖土、建筑材料等的本構模型,以及相應的材料非線性和幾何非線性分析。物理非線性是指巖土和建筑材料的本構關系是非線性的,而應變和位移的關系是線性的。巖土在荷載作用下的位移與其幾何尺度相比很小,因而在求出位移場后,可以用某單元原來的尺寸計算應力場。

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