计算机在土木工程中的应用

计算机在土木工程中的应用
11级土木卓越陈耀晖
计算机技术在近四十年内的发展迅速，让土木工程这一古老的工科技术又焕发出了新的活力。

计算机技术在土木工程中的应用也已经从最早的数值分析发展到了工程设计的各个环节与许多阶段。

就目前而言，土木领域的主流计算机技术应用主要体现在三个方面：计算机辅助设计、计算机仿真和土木工程专家系统。

一、计算机辅助设计
计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）是一种利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法和技术，是一门多学科综合应用的新科学。

到目前为止计算机应用已经渗透到了机械、电子、建筑等领域当中，利用计算机，人们可以进行产品的计算机辅助制造(Computer Aided Make，简称CAM)、计算机辅助工程分析(Computer Aided Engineering，简称CAE)、计算机辅助工艺规划(Computer Aided Processing Planning，简称CAPP)、产品数据管理(Product Data Management，简称PDM)、企业资源计划(Enterprise Resource Planning,简称ERP)等等。

CAD系统准确地讲是指计算机辅助设计系统,其内容涵盖产品设计的各个方面。

把计算机辅助设计和计算机辅助制造集成在一起,称为CAD/CAM 系统。

习惯上工程界把CAD/CAM系统甚至CAD/CAM/CAE系统仍然叫做CAD 系统,这样CAD系统的内涵就在无形中被扩大了
早期的AutoCAD针对的主要是二维图形的绘制，但是从其R12版本开始从平面到立体的思维方式转变成了从立体到平面。

从前设计者们往往绘制的就是建筑物的三向投影图，但今天设计者们可以首先将脑海中建筑物的形体直接在
AutoCAD的绘图空间中表达出来，然后再针对不同的平面获取这个形体的投影图或是轴测图。

二、计算机仿真
计算机仿真技术把现代仿真技术与计算机发展结合起来，通过建立系统的数学模型，以计算机为工具，以数值计算为手段，对存在的或设想中的系统进行实验研究。

在我国，自从20世纪50年代中期以来，系统仿真技术就在航天、航空、军事等尖端领域得到应用，取得了重大的成果。

自20世纪80年代初开始，随着微机的广泛应用，数字仿真技术在土木工程、自动控制、电气传动、机械制造、造船、化工等工程技术领域也得到了广泛应用。

ABAQUS 是美国ABAQUS公司于1978年推出的一套功能强大的有限元分析软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。

ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。

并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。

作为通用的模拟工具，ABAQUS 除了能解决大量结构（应力、位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透、应力耦合分析）及压电介质分析。

三、土木工程专家系统
专家系统是指能够运用特定领域的专门知识，通过推理来模拟通常由人类专家才能解决的各种复杂的、具体的问题，达到与专家具有同等解决问题能力的计算机智能程序系统。

它能对决策的过程作出解释，并有学习功能，即能自动增长解决问题所需的知识。

但就目前的技术水平而言，工程设计专家系统智能对专家起辅助设计作用而不能代替专家独立的进行工程设计，因此工程设计专家系统应该是一个计算机辅助系统，是一个人机协同的系统。

此外工程设计是专家复杂的智能行为，其思维活动规律很难用单一的数学模型精确的描述，在工程设计专家系统中应综合运用多种技术方法进行模拟。

不过根据设计领域的特点，在工程设计专家系统中采用一些简化的使用的知识表达方法和推理方法是可行的，可以在相当大的程度上满足实际工作需要。

总而言之，计算机技术正成为着土木领域中越来越不可或缺的一部分，而随着计算机技术的飞速发展，相信它在土木领域中必将会发挥出更大的作用。