El primero es el faro de North Queensferry. El faro de North Queensferry es el edificio más pequeño del mundo. Este es un faro en Escocia. Construido en 1817. El faro tiene sólo 11 pies de altura y sólo tiene capacidad para dos personas. Aunque tiene un área pequeña, tiene muchas funciones. Este faro solía ser un faro para la navegación de los barcos.
El segundo edificio es el Portland Steel Building. El edificio con estructura de acero está ubicado en la intersección triangular en el centro de Portland, Oregon, EE. UU. El edificio fue construido en 1916 y ocupa menos de un acre de terreno. Aún hoy es un edificio comercial. Está protegido por el Registro Nacional de Lugares Históricos, por lo que necesita reparaciones y pintura cada pocos años. Parece nuevo.
El último edificio es la Escuela Primaria de Turín. La escuela primaria de Turín, ubicada en Turín, Italia, es la escuela más pequeña de Italia. Sólo hay un estudiante en el edificio de enseñanza, pero hay 15 miembros del personal. Se puede decir que este estudiante tiene una buena asignación de recursos.
2. Imágenes de la guía del juego del faro de Portland
Un faro es una estructura de edificio alto, o que contiene un faro, que se utiliza para guiar a los barcos en el mar. Faro tiene un significado similar: la cima de un volcán en la antigüedad, los marineros llevaron a los marineros a descubrir que fueron construidos en la cima de montañas por el fuego. Gracias a la calidad de los equipos y productos modernos, el faro fue construido en la cima de la montaña y puesto en marcha. Aquí hay ocho hermosos faros de todo el mundo.
1-Faro del río Coquille, Oregón, EE. UU.
2-Isla del Príncipe Eduardo, Canadá-Faro del puerto de Covey Head
3-Faro de iluminación de la costa norte de Gales
Portland Faro, Cabo Elizabeth, Maine
El faro 5-Kee North Pier es una típica torre roja en el lago Michigan.
Faro en el puerto de La Habana, Cuba
7-Faro de Aquino en la costa central de Oregón
8-Faro de Ethanol Point-Elio en la entrada sur de Seattle Bahía especial.
3. Atracciones de Portland
Aproximadamente 278 kilómetros.
El viaje hasta allí normalmente sólo dura tres horas. Portland es la ciudad rosa más grande de Estados Unidos. Es una ciudad en el noroeste de Estados Unidos adyacente a Seattle. Debido a su clima marítimo, el clima de Portland, Estados Unidos, es muy propicio para el cultivo de rosas, por eso a Portland se le llama la Ciudad de las Rosas.
Con Seattle y Portland a solo unas horas de diferencia, viajeros de todo el mundo incluyen Portland en sus planes de viaje. Es por eso que la industria turística estadounidense de Portland siempre ha estado a la vanguardia de los Estados Unidos.
Se puede decir que Portland y Seattle (Villa) son las dos ciudades más importantes del noroeste de Estados Unidos. Su economía se está desarrollando rápidamente y siempre han sido líderes en turismo. Muchos turistas viajan a Seattle y Portland. Y la distancia entre Seattle y Portland no es particularmente grande. Mucha gente que viene a Seattle va a Portland para apreciar su paisaje de rosas único.
Seattle es una ciudad de baja altitud muy bonita. Es este entorno geográfico especial el que hace que los antiguos glaciares y los volcanes activos de Seattle se complementen entre sí. Seattle tiene hermosas colinas y lagos verdes, y el clima aquí es extremadamente húmedo y agradable, casi como la primavera durante todo el año. Un paisaje así es difícil de ver en los Estados Unidos o en otros lugares, y también es un lugar increíble en Seattle.
4. Introducción a los atractivos turísticos de Portland
En la desembocadura del ancho río Columbia, admiramos el Océano Pacífico. (Diario de Lewis y Crabbe) Esta fue también la primera vez que el gobierno de los Estados Unidos completó una expedición al Pacífico. )
La belleza de Oregon no se limita al centro de Portland. En este viaje al noroeste de los Estados Unidos, quedé profundamente impresionado y asombrado por el paisaje de cascadas a lo largo del Columbia Gorge. Otro apodo para el Columbia es Grand River, West River o Oregon River. También es el río más largo del Pacífico Noroeste de América del Norte, con una longitud total de más de 2.000 kilómetros, ocupando el cuarto lugar entre los ríos americanos. La carretera principal a lo largo del río Columbia es la autopista 84, pero la autopista 30, que corre paralela a esta autopista, es la famosa Falls Highway.
Este viaje con Bao Shu nos llevó casi un día para ver seis cascadas y dos lugares escénicos (uno para ver Columbia Gorge y otro para ver Mount Hood), lo que hizo que nuestro recuerdo de Columbia Gorge fuera fresco. Aquí hay ocho atracciones de este a oeste. Al final del artículo compartiré otras perlas que no tengo porque no tuve la oportunidad de ver los tesoros de mi árbol.
5. Kingsport Lighthouse
Robert Pattinson, nacido en Londres, Inglaterra, en mayo de 1986, es un actor británico.
En 2004, Robert Pattinson interpretó un papel secundario en la película para televisión "El anillo de los Nibelungs". En 2005, interpretó a Cedric Diggory en la película Harry Potter y el cáliz de fuego. Desde 2008 interpreta al vampiro Edward Cullen en la película "La saga Crepúsculo". En 2010, Robert Pattinson protagonizó su primera película como productor, Remember Me. En 2011, se lanzó su colaboración con Reese Witherspoon, "Tears for Elephants". En 2012 se estrenaron "bel ami", en la que colaboró con Uma Thurman, y "Metropolis", dirigida por David Cronenberg.
Protagonista de la película de 2015 "La Reina del Desierto". En 2016 protagonizó la película "La ciudad perdida de Z". Protagonista de la película "Buenos tiempos". En 2000, fue invitado a la 75ª edición de los Globos de Oro. En 2005, protagonizó la película "Lighthouse Walk". En 2005 protagonizó la película "Tenet". El 4 de septiembre de 2008, Robert Pattinson fue diagnosticado positivo por COVID-19.
6. Aspecto del faro de Portland
La ingeniería estructural es la columna vertebral de la civilización humana. La estructura más antigua de los seres humanos probablemente consistió en construir nidos y agujeros en condiciones naturales, y más tarde evolucionó hasta construir casas para ellos mismos. Hace ya 3.000 años en China, el libro "Li Zhou" había registrado las formas de varios edificios. En la dinastía Han, dijo "Kaogongji" de Wang Yanshou, por lo que inspeccionamos su arquitectura y estructura. Surgieron términos estructurales especiales.
Con el desarrollo de la civilización humana, los humanos han construido cada vez más estructuras y se han vuelto cada vez más complejas. Detrás de la estructura del edificio hay estructuras como carreteras y puentes, vehículos y barcos, conservación de agua, maquinaria, aviones, cohetes, armas, equipos químicos y transmisión de energía.
El Templo de Atenas en la Acrópolis fue construido en el año 438. c. Este es un ejemplo típico de la arquitectura griega antigua.
Con la diversificación y complejidad de los tipos estructurales, el concepto de estructura también se está expandiendo. La actual estructura se refiere a todos los componentes y objetos sólidos del sistema que pueden soportar una determinada carga. En un sentido más amplio, también pueden considerarse estructuras todos los componentes sólidos y objetos naturales del sistema que soportan determinadas cargas, como raíces, tallos, hojas de plantas, huesos, vasos sanguíneos, corteza, masa rocosa, etc. .
El desarrollo de estructuras está estrechamente relacionado con los materiales estructurales y la mecánica estructural. El primero puede considerarse como el hardware de la ingeniería estructural y el segundo como el software desarrollado por la ingeniería estructural.
Ya sea en Oriente u Occidente, antes de que el acero y el hormigón se convirtieran en los principales materiales de construcción, la piedra, la madera y el ladrillo sirvieron como materiales de construcción durante mucho tiempo. En concreto, Occidente utiliza la piedra como material de construcción, mientras que China y otros países del Este utilizan ladrillos y madera como materiales de construcción. Las estructuras de madera no son resistentes al fuego ni a la corrosión, por lo que los edificios antiguos de China tienen una larga historia.
La pagoda Sakyamuni del templo Yingfo en la sede del condado (1056 d.C.)
En 1774, el ingeniero británico J. Smeaton utilizó cal para construir un faro marítimo. Una mezcla de arcilla y arena funciona bien para tu base. En 1824, el cantero británico J. Aspdim (1779-1885) recibió una patente para el cemento cocido, que se llamó cemento Portland porque era muy similar a la piedra local de Portland. Se establecieron fábricas de cemento en Francia en 1840 y en Alemania en 1855. En 1970, cada persona en el mundo utilizaba 156 kilogramos de cemento al año.
Después de mediados del siglo XIX, la tecnología de fabricación de acero comenzó a popularizarse, por lo que el acero se utilizó ampliamente en las estructuras. En 1859, Gran Bretaña construyó el primer barco de acero del mundo. En 1846, los británicos construyeron el puente ferroviario de Bretaña (1846, tubería de hierro) en el norte de Gales. En 1873, se construyó en Inglaterra el puente colgante Albert sobre el río Támesis, con una luz máxima de 384 pies.
El Puente de Bretaña (1846, tubo de hierro)
Después del cemento, el acero y otros materiales modernos. Para los humanos, la forma y la velocidad de las estructuras son complejas.
La mecánica estructural siempre ha sido la base teórica del diseño estructural. Se basa en la mecánica clásica, la mecánica de la elasticidad, la mecánica de la plasticidad, la teoría de las vibraciones y ondas de los elastómeros y la teoría de la estabilidad del equilibrio de los elastómeros.
Investigación sobre mecánica estructural antes del siglo XIX
En la historia de la investigación sobre mecánica estructural, la investigación más temprana fue la estática, porque en la época en que la mampostería y la madera eran los principales materiales estructurales, Los problemas encontrados La cuestión principal es el equilibrio estructural. Posteriormente se desarrolló hacia el estudio de la fuerza.
El primer elemento estructural estudiado por el ser humano fue la viga. Leonardo da Vinci estudió y analizó en sus manuscritos las cargas que podían soportar las columnas. Galileo mencionó y examinó la capacidad de carga de vigas en voladizo de extremos fijos en "Luling Optoelectronics" (1638). Los coeficientes de los resultados galileanos obtenidos por Eddm y Edm Marriott fueron incorrectos porque sus condiciones de equilibrio transversal eran incorrectas. Jacob Bernoulli (1654-1705) estudió lo que ahora se conoce como la teoría del haz S de Bernoulli.
El segundo elemento importante de la mecánica estructural. Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) publicó un importante artículo sobre el problema de las placas en 1850, corrigiendo errores anteriores relacionados con las condiciones de contorno del problema de las placas. Kirchhoff utilizó el principio del desplazamiento virtual para derivar las condiciones de contorno de la placa y señaló que sólo se necesitaban dos condiciones de contorno para resolver el problema de las placas. Resolvió correctamente el problema de vibración de la placa circular. Al establecer la ecuación del problema de las placas, asumió:
La línea recta perpendicular al plano medio permanece recta durante la deformación y también es perpendicular al plano medio después de la deformación;
Los elementos de la superficie están deformados. No se estirará.
Esta suposición que simplifica el problema de las placas todavía se utiliza hoy en día y se denomina hipótesis normal recta, también conocida como hipótesis de Kirchhoff. En 1888, el inglés Augustus Edward Hoflov (1863-1940) utilizó la hipótesis de Kirchhoff para derivar la ecuación de equilibrio de una capa elástica delgada. Hasta ahora, esta hipótesis se ha conocido como hipótesis de Kirchhoff-Love.
La estructura de ingeniería real a menudo no es un solo componente, sino un sistema de componentes complejo. Las primeras mecánicas de sólidos de precisión se estudiaron en componentes individuales, como la flexión de vigas y la torsión de columnas. Posteriormente, con el desarrollo de la industria moderna, hubo una creciente necesidad de estudiar sistemas estructurales complejos. Cuando la estática maduró en sus inicios, se investigaron sobre el equilibrio estático de múltiples componentes. Ahora, con la ayuda de la mecánica de la deformación, la fuerza interna de múltiples componentes y el análisis de la deformación de sólidos deformados se incluyen naturalmente en la agenda.
El contenido de la mecánica estructural es muy amplio, como puentes colgantes, arcos, cerchas, vigas, cimentaciones elásticas, muros de contención, etc. Sus aplicaciones involucran sectores de ingeniería como ferrocarriles, carreteras, construcción naval, maquinaria y conservación de agua. Por tanto, con el desarrollo de la industria moderna, su contenido se enriquece gradualmente.
1. Teoría del haz continuo
Navier fue el primer estudioso que estudió verdaderamente los haces continuos. En su artículo de 1825, presentó por primera vez una ecuación de tres momentos que abordaba este problema. Pero ya no. La verdadera ecuación de tres momentos en su forma actual fue propuesta por Clapeyron (1799-1864) en 1849 cuando estaba reconstruyendo un puente cerca de París, y no se publicó como artículo hasta 1857. En 1855, el artículo de Tauber mencionó por primera vez la ecuación de los tres momentos flectores.
2. Maxwell y sus investigaciones sobre las armaduras.
En 1864, Maxwell resumió sus conclusiones generales sobre las armaduras. Ha podido distinguir entre armaduras estáticamente indeterminadas y armaduras estáticamente indeterminadas. Para cerchas estáticamente indeterminadas, Maxwell simplificó gráficamente el método de calcular las fuerzas internas de la cercha basándose en trabajos anteriores. Para armaduras estáticamente indeterminadas, Maxwell derivó un método general para resolver estructuras estáticamente indeterminadas a partir del método de la energía. Unos diez años más tarde, O. Mohr (1835-1918) recopiló su método y le dio una forma estándar. Este es el método de fuerza común actual, también llamado Maxw.
3. El teorema de Castigliano
A Castigliano (1847-1884) fue un ingeniero italiano.
En 1873, su artículo de ingeniero se publicó oficialmente en 1875. Este artículo contiene contenidos clásicos de la mecánica estructural, como el teorema de Descartes, el método de carga unitaria, etc.
Su teorema es que si la deformación se puede escribir como una función de una fuerza generalizada,
Pi (I = 1, 2, n) es una fuerza externa generalizada, entonces hay
Progresos en la Mecánica Estructural en el Siglo XX
A finales de 2019 se estableció un método de fuerza para resolver estructuras superestáticamente determinadas. El uso del método de deformación para resolver estructuras de pórticos rígidos estáticamente indeterminados fue propuesto por primera vez por Axel Bendixen en 1914 a principios del siglo XX. Cuando este método se utilizó para resolver muchos problemas desconocidos, Hardy Cross propuso un método de aproximación sucesiva llamado método de relajación en la década de 1930. Este método se extendió rápidamente en los Estados Unidos.
Con el desarrollo de la civilización humana, las estructuras se han vuelto cada vez más complejas. Desde este siglo se han planteado problemas estructurales cada vez más complejos desde los aspectos de la construcción, construcción naval, aviación, puentes, vehículos, maquinaria de elevación, presas, túneles, estructuras subterráneas, etc. Es necesario analizar su fuerza.
Para poder analizar estas estructuras complejas, las personas tienen que introducir una serie de suposiciones para simplificar la estructura. Esta simplificación parece demasiado tosca en la actualidad, pero es un medio de transición entre lidiar con estructuras simples y dar la bienvenida a la era de las computadoras.
Por ejemplo, una presa de arco es una estructura compleja, y su análisis preciso requiere resolver las ecuaciones de una lámina de espesor variable, lo que supone un cálculo muy complejo. En 1929, se adoptó en Estados Unidos un tipo de viga en arco. Este método divide la presa en varios arcos en dirección horizontal y varias vigas en dirección vertical, y luego utiliza el método de distribución de carga para aproximar gradualmente la solución. Después de la llegada de las computadoras, el método de arco-viga fue eliminado, pero jugó un papel importante en la historia.
La complejidad estructural se desarrolla en dos direcciones. Por un lado, los miembros son muy simples, como vigas y varillas, pero forman un sistema cada vez más complejo con cientos de incógnitas. Por otro lado, se han desarrollado sistemas complejos de componentes, placas, carcasas y sus combinaciones. La teoría de Shell se estableció durante el período del amor y tuvo una etapa importante de desarrollo en las décadas de 1930 y 1940. En este momento, se plantearon y resolvieron una serie de nuevos problemas, como problemas de estabilidad, problemas de placas y carcasas no lineales, cuestiones teóricas generales de placas y carcasas, etc.
El destacado ingeniero ruso Pakovich (1887-1946) publicó en 1947 el "Diálogo sobre dos nuevas disciplinas" en dos volúmenes, que era un resumen de los resultados de la investigación de estructuras complejas a principios del siglo XX.
El desarrollo de la mecánica computacional
La humanidad tiene una larga historia de investigación sobre herramientas informáticas, desde unos pocos chips, ábacos, computadoras de manivela y computadoras eléctricas hasta el presente por miles. de años. La computadora electrónica nacida en Estados Unidos en 1945 no sólo supuso una revolución en las herramientas informáticas, sino también una gran revolución que afectó a toda la ciencia y la tecnología.
El primer plan de diseño para la computadora electrónica ENIAC fue propuesto por J. W. Mauchly (1907-1980). El ingeniero jefe del equipo de investigación es J.P. Eckert (1919-). A finales de 1945, la ENIAC fue declarada completa.
Tan pronto como salió la computadora, atrajo la atención entusiasta y la mejora continua de la gente. Ha pasado por cuatro generaciones: de 1945 a 1958, la primera generación fueron los tubos electrónicos, de 1959 a 1963, la segunda generación fueron los transistores, desde 1964 hasta principios de los años 1970, la tercera generación fueron los circuitos integrados, y después de los años 1970, los La cuarta generación fue a gran escala. Especialmente desde mediados de la década de 1970, los microprocesadores han mejorado enormemente el rendimiento de las computadoras y las computadoras se han vuelto populares debido a sus bajos precios. Según las estadísticas, desde el nacimiento de la primera computadora en 1945, el rendimiento de la computadora se ha duplicado cada 18 meses y los precios han bajado a la mitad cada 18 meses.
Diversas herramientas inventadas por los humanos a lo largo de la historia fueron diseñadas para alargar los órganos humanos, como telescopios, microscopios y ojos. Las computadoras son una extensión del cerebro humano. Por eso la gente llama computadoras a las computadoras. Desde el principio, el diseño, la fabricación hasta la aplicación, las computadoras han formado un nuevo y enorme grupo temático: la informática.
A principios del siglo XX, el famoso mecánico británico Jia resumió las leyes del desarrollo de la mecánica en el capítulo inicial de su famoso libro "Ship Structural Mechanics" y creía que: cada vez hay menos Los teoremas y los cálculos son cada vez más complejos. Esto significa que algunos teoremas estrechos se incluyen en algunos teoremas amplios y las fórmulas de cálculo se vuelven cada vez más complejas. Por tanto, la mayor dificultad en la investigación mecánica radica en la lenta velocidad de cálculo. La lenta velocidad de cálculo de las herramientas de corte se ha convertido en un cuello de botella en la investigación y el desarrollo mecánicos.
La intención original de los estadounidenses que inventaron las computadoras electrónicas era resolver el típico y complejo problema mecánico del cálculo de balística. La llegada de las computadoras trajo grandes cambios a la mecánica. Análisis estructural, cálculo de trayectorias, cálculo aerodinámico, predicción numérica del tiempo, reglas de filtración y movimiento de aguas subterráneas, cálculo de órbitas en mecánica celeste y otros problemas cada vez más complejos. Se puede dejar que la computadora lo calcule.
Después de la llegada de las computadoras, los métodos de investigación de la mecánica aumentaron de la teoría y el experimento a la teoría, el experimento y el cálculo. El poderoso poder de las computadoras ha eliminado algunos métodos obsoletos que no son adecuados para las computadoras y ha desarrollado nuevos métodos de cálculo adaptados a las características de las computadoras. Con la ayuda de las computadoras, se han descubierto muchos fenómenos nuevos, como atractores extraños, caos, etc. .
El término mecánica computacional surgió a finales de los años cincuenta. Usar computadoras para estudiar y resolver problemas mecánicos, explorar leyes mecánicas y procesar datos mecánicos es una disciplina nueva. La mecánica computacional es una materia interdisciplinaria de mecánica, matemáticas e informática.
En los primeros días posteriores a la invención de las computadoras, las computadoras simplemente usaban su velocidad para resolver problemas mecánicos o de otro tipo. El siguiente problema es que la carga de trabajo del programa me impedirá adaptarme a la alta velocidad del ordenador. Una computadora requiere cientos de trabajadores para programar e ingresar datos. Por tanto, escribir programas se ha convertido en un cuello de botella para el uso racional de las computadoras. A la gente se le han ocurrido muchas formas de resolver esta dificultad. Lenguaje ensamblador simbólico, lenguaje FORTRAN, lenguaje ALGOL, etc. Desde la década de 1950, la industria del software ha surgido una tras otra y se ha desarrollado rápidamente para resolver este problema.
La aparición y desarrollo del método de elementos finitos es la forma más exitosa de utilizar computadoras para resolver problemas mecánicos y ahorrar mano de obra en el programa. Su aparición también marca la formación de la mecánica computacional como una rama independiente de la mecánica.
Aunque la idea del método de los elementos finitos se remonta a tiempos anteriores, por ejemplo, algunos dicen que la idea del elemento finito fue propuesta por el estadounidense R. Courant en los años 1940, y Algunas personas dijeron que fue el canadiense J.L. Synge en el siglo XX. Fue propuesto en la década de 1940. Algunas personas incluso dicen que el método de elementos finitos está incluido en el método de polilíneas de Euler. Otros dicen que el método de corte por arco de Liu Hui es el método de elementos finitos. método de la dinastía Han del Este. Por supuesto, estas afirmaciones no son del todo descabelladas. Porque la idea del método de los elementos finitos está parcialmente relacionada con el trabajo de las personas mencionadas anteriormente. Sin embargo, debes saber que el método de los elementos finitos está estrechamente relacionado con las computadoras.
De hecho, a mediados de la década de 1950, un grupo de personas de todo el mundo estaban considerando utilizar computadoras para resolver problemas de mecánica estructural y continuos. Por ejemplo, los argyris griegos que trabajaron en el Reino Unido y Alemania en 1956, M.J. Turner, R.W. Clough y Martin en los Estados Unidos en 1956, y vlaSOV() en la Unión Soviética, por lo que es difícil decir que la idea de El elemento finito es la invención de una persona y es un producto mundial de tendencias ideológicas.
Sin embargo, un acontecimiento importante en la historia del desarrollo del método de los elementos finitos es la tesis doctoral "Mathematical Elasticity Theory" escrita por E.L Wilson (1930-) de la Universidad de California, Berkeley, en el. finales de la década de 1950. La tesis se completó en 1963. El primer programa universal del mundo para resolver problemas de elasticidad plana. El propósito de este programa es utilizarlo para resolver cualquier problema de elasticidad plana sin necesidad de programación. Siempre que siga las instrucciones e ingrese la geometría, el material y los datos de carga necesarios para describir el problema, la máquina calculará y generará los resultados del cálculo según sea necesario.
Una vez que el programa del método de elementos finitos se puso en producción, inmediatamente mostró su superioridad incomparable. En el campo de la mecánica elástica, sólo se utilizan el método de la función variable compleja y el método de la fotoelasticidad plana para abordar problemas planos. En comparación con el método de los elementos finitos, estos dos métodos se han ido retirando gradualmente del escenario de la historia.
Más tarde, Wilson realizó muchas investigaciones significativas sobre sistemas de programas de elementos finitos. Creó el programa SAP (Programa de Análisis Estructural) para varios elementos de elementos finitos.
Bajo su dirección, sus estudiantes de posgrado escribieron el programa de análisis estructural no lineal NONSAP. En 1981, escribió el primer programa para un microprocesador, SAP81.
El programa SAP fue trasplantado y modificado por Qu Shengnian, Deng Chengguang y Wu Liangzhi, y el programa SAP81 fue ampliado y modificado por Yuan Expansion para formar una versión independiente de SAP84. Estos dos proyectos han jugado un papel importante en China. Bathe en los Estados Unidos ha mejorado Non-SAP para formar ADINA, un programa de análisis no lineal con influencia mundial.
Posteriormente, el software de elementos finitos para el análisis estructural se desarrolló rápidamente. El software y los sistemas de software, incluidos elementos bidimensionales, elementos tridimensionales, elementos de viga, elementos de varilla, elementos de placa, elementos de carcasa y elementos fluidos, pueden resolver diversos problemas complejos de acoplamiento de elasticidad, plasticidad, reología, fluido, campo de temperatura y electromagnético. campo, Sigue apareciendo. En más de 10 años, la producción y venta de software de elementos finitos ha formado una nueva industria social de escala considerable. El uso de métodos de elementos finitos para resolver problemas prácticos se ha popularizado rápidamente en el sector de la tecnología de ingeniería.
El análisis de elementos finitos de estructuras bidimensionales fue el primer artículo que mencionó elementos finitos en la Conferencia de Computación Electrónica de la Sociedad Civil Estadounidense en Pittsburgh en 1960. Después de eso, surgieron una gran cantidad de artículos, colecciones y monografías sobre elementos finitos, y continuamente se celebraron conferencias académicas especiales. Constantemente se proponen nuevas unidades y solucionadores, incluidas unidades isoparamétricas, unidades de alta dimensión, unidades no coordinadas, unidades cuasi coordinadas, unidades híbridas, unidades spline, unidades de límite, unidades de penalización, etc. Existen soluciones como métodos de eliminación de ancho de banda y ancho de banda variable, métodos de supermatriz, métodos de frente de onda, métodos de subestructura, métodos de iteración subespacial, etc., así como investigaciones previas y posteriores al procesamiento, como la generación automática de redes. Estos trabajos han fortalecido en gran medida las capacidades de resolución de problemas del método de elementos finitos y han hecho posible resolver problemas utilizando el método de elementos finitos. El "Método de elementos finitos en el análisis de tensiones planas" publicado en 1988 es un resumen del desarrollo del método de elementos finitos.
Varias direcciones de investigación que cabe destacar
Con el rápido desarrollo de la mecánica computacional e inspirados por su éxito, algunos académicos han hecho estimaciones demasiado optimistas sobre los logros de la mecánica computacional. Por ejemplo, hace 20 años, algunas personas en Estados Unidos dijeron que los túneles de viento serían reemplazados por computadoras en 10 años. Dentro de 20 años, los ordenadores no podrán sustituir ningún túnel de viento. En términos generales, la mayoría de los problemas que pueden aproximarse mediante la teoría lineal pueden resolverse mediante computadoras, pero para aquellos problemas mecánicos que son de naturaleza no lineal, las computadoras actualmente son casi impotentes.
El profesor Qian Xuesen dijo que la mecánica es un problema científico y tecnológico centenario que utiliza cálculos informáticos para responder a todas las preguntas macro. Los métodos de cálculo son muy importantes; otro método auxiliar son los experimentos inteligentes. Si el 90% de los problemas lineales pueden resolverse mediante computadoras y el 10% pueden resolverse mediante experimentos, entonces ocurre lo contrario en el campo no lineal. Por tanto, la mecánica computacional se ha esforzado en dos aspectos desde su nacimiento. Por un lado, para los problemas lineales, el objetivo principal es ampliar la escala de resolución de problemas, por otro lado, para los problemas no lineales, se están haciendo esfuerzos para encontrar métodos computacionales.
En los últimos años, la resolución de problemas no lineales se ha convertido en la principal dirección de la mecánica computacional. Parece que las opiniones de Qian Xuesen ya son una realidad para los problemas lineales en problemas macroscópicos, pero para los problemas no lineales en problemas macroscópicos, esto solo puede considerarse como la dirección de la mecánica computacional, y debemos estar preparados para recorrer un largo camino.
Desde la década de 1960, los términos no lineales se han ido incorporando gradualmente a los programas de elementos finitos para el análisis estructural. Por ejemplo, discutir las propiedades plásticas de los materiales estructurales se llama no linealidad física, y discutir la corrección causada por una gran deformación de la estructura se llama no linealidad geométrica. El plan de cálculo inicial adopta el método incremental de carga.
Desde finales de la década de 1960, la gente ha descubierto algunos problemas en la resolución de problemas prácticos. Cuando la carga alcanza el máximo, la computadora siempre se desborda y se detiene. Este problema preocupó a la gente durante muchos años y no se resolvió hasta finales de los años setenta y principios de los ochenta. En 1971, el académico estadounidense G.A. Wempner y el académico holandés E. Riks propusieron, respectivamente, soluciones teóricas a este problema. A principios de la década de 1980, la gente implementó este método mediante programación. Este método más tarde se conoció como método de longitud de arco.
Después de que las computadoras entraron en la etapa histórica, se combinaron por primera vez con el análisis estructural en mecánica para formar la mecánica computacional. En este momento, se plantearon las cuestiones de optimización estructural y control estructural.
Es decir, bajo requisitos funcionales y de carga determinados, podemos usar computadoras para encontrar la forma estructural y los parámetros estructurales óptimos, o encontrar la fuerza de control óptima bajo ciertas condiciones de fuerza externa para que la fuerza interna o el desplazamiento de la estructura cumpla con los requisitos. . En los últimos años, ha surgido un material que puede producir rápidamente una respuesta de deformación bajo excitación de señales eléctricas, llamado materiales electrorreológicos o materiales inteligentes. Cuando este material se aplica a una estructura, dada una determinada señal eléctrica, la estructura puede responder rápidamente. Este tipo de estructura también se denomina estructura inteligente. El estudio de estructuras inteligentes ha sido una importante dirección de investigación en los últimos años.
El diseño de optimización estructural es un importante campo de investigación no lineal en mecánica computacional. Su objetivo principal es encontrar los parámetros óptimos de la estructura bajo una serie de condiciones (también llamadas restricciones). Por lo general, estos problemas no son lineales y requieren muchos cálculos, por lo que sólo pueden resolverse mediante computadoras. Bajo la fuerte defensa, organización y promoción del profesor Qian Lingxi (1916-), Cheng Gengdong, Zhong Wanxie y otros de la Universidad Tecnológica de Dalian lograron algunos resultados importantes, y la investigación sobre optimización estructural se ha desarrollado bien en China.
Después de resolver el problema no lineal, todavía queda un problema de divergencia. En los programas generales de elementos finitos, el problema de estabilidad estructural suele reducirse a un problema de valores propios, que se basa en la teoría lineal. Cuando se resuelve con un programa no lineal, a menudo es imposible avanzar debido a la bifurcación. Esto se debe a que la degradación de la matriz de rigidez general de la estructura en el punto de bifurcación nunca más se solucionará.
Para superar esta dificultad, la gente ha desarrollado una serie de métodos de rama estática y rama de hopf para la solución de equilibrio de sistemas de alta dimensión, pero en la práctica no se puede decir que se haya resuelto por completo. Para obtener una descripción general, consulte el Manual de métodos de elementos finitos de Wu y Su Xian (Science Press, 1994). Hasta ahora, sigue siendo un problema difícil calcular las órbitas homoclínicas y heteroclínicas de sistemas de alta dimensión y la transformación de sistemas de alta dimensión en caos.