基于opengl的結(jié)構(gòu)微振仿真系統(tǒng)的分析

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1、大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)．．本人完全了解學(xué)校有關(guān)學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于大連理工大學(xué)，允許論文被查閱和借閱。學(xué)校有權(quán)保留論文并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印、或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。學(xué)位論文題目：作+者簽名：導(dǎo)師簽名：大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論1．1引言近年來(lái)，隨著我國(guó)高科技的迅速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，大量的高科技廠房(微電子

2、、激光、納米材料、光學(xué)儀器等)正在興建。高科技設(shè)備對(duì)環(huán)境微振動(dòng)非常敏感，要求嚴(yán)格的工作環(huán)境，例如，臺(tái)式光點(diǎn)反射檢流計(jì)、硬度計(jì)、色譜儀、溫度控制儀這些儀器和設(shè)備的豎向振動(dòng)位移允許值為10．Oum，豎向振動(dòng)速度允許值為0．5nm／s。目前高科技廠房大都建在大中城市的高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，周?chē)?chē)、城市輕軌和地鐵等引起的環(huán)境噪聲和振動(dòng)不可避免，因此要求廠房結(jié)構(gòu)具有很高的防微振能力，能保持設(shè)備平臺(tái)處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，保證廠房?jī)?nèi)的精密儀器設(shè)備的正常運(yùn)行。大量的文章提出了各種減振措施(主動(dòng)、被動(dòng)隔振)以及動(dòng)力分析等，但對(duì)建筑

3、結(jié)構(gòu)防微振研究不多。事實(shí)上目前的設(shè)備平臺(tái)比較大型，并且與基礎(chǔ)地基相連，需要按結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)許多項(xiàng)目還對(duì)主體結(jié)構(gòu)的微振有要求，如承重柱、維護(hù)墻等，依靠局部隔振已無(wú)法解決，只有通過(guò)整體結(jié)構(gòu)的防微振設(shè)計(jì)，才能達(dá)到微振工藝要求，因此結(jié)構(gòu)微振響應(yīng)分析是基礎(chǔ)u1。工程可視化仿真(EngineeringVisualSimulation，EVS)技術(shù)是計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)和系統(tǒng)建模技術(shù)相結(jié)合后應(yīng)用于科學(xué)工程研究中的一種新型仿真技術(shù)口1，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，可以將難以理解的數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為具有明顯幾何特征的圖形圖像信

4、息口1，可視化仿真的交互與身臨其境的特點(diǎn)可以很好的利用于高科技廠房微振試驗(yàn)中，并為微振前期設(shè)計(jì)方便快捷的提供可靠的分析依據(jù)，未來(lái)也將會(huì)得到更多的利用與推廣。1．2研究的目的與意義目前高科技廠房區(qū)的建設(shè)才興起十余年，對(duì)于廠房微振響應(yīng)相關(guān)的研究并不多見(jiàn)，尤其是國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界鮮有涉及，僅有的研究也都主要圍繞在如何設(shè)置減振裝置。同時(shí)這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)還沒(méi)有可視化仿真的相關(guān)研究，而對(duì)于廠房結(jié)構(gòu)受交通荷載作用下的響應(yīng)情況能夠?yàn)閺S房初步設(shè)計(jì)提供重要的參考，所以在該領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行可視化仿真的研究是必要的，主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：(1)高科技

5、廠房微振響應(yīng)可視化仿真是對(duì)實(shí)地試驗(yàn)的一種模擬，能夠避免花費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)與人力進(jìn)行真實(shí)試驗(yàn)。若要進(jìn)行高科技廠房微振的實(shí)地試驗(yàn)，勢(shì)必要花費(fèi)大量的資金購(gòu)置精密的實(shí)驗(yàn)儀器，而由交通荷載所引起的微振響應(yīng)卻十分微小，這就對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器與試驗(yàn)方法提出了更高的要求，而且在試驗(yàn)中即使出現(xiàn)一個(gè)很小錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致這個(gè)試驗(yàn)的失敗。在這樣的情況下，進(jìn)行高科技廠房的微振響應(yīng)可視化仿真系統(tǒng)研究就很有意義。基于OpenGL的結(jié)構(gòu)微振仿真系統(tǒng)研究(2)高科技廠房微振響應(yīng)可視化仿真會(huì)為高科技廠房的設(shè)計(jì)者與決策者在前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大幫助。不但可以避免

6、進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)花費(fèi)大量的資金與人力，同時(shí)可以使用三維圖形來(lái)表示廠房受交通荷載下的微振響應(yīng)，使用三維圖形的方法效果簡(jiǎn)便直觀，易于修改已有的設(shè)計(jì)，將為高科技廠房設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備提供很大的幫助。(3)高科技廠房微振響應(yīng)可視化仿真是聯(lián)系廠房運(yùn)營(yíng)管理者與廠房建設(shè)設(shè)計(jì)者的一個(gè)紐帶。常規(guī)的廠房設(shè)計(jì)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)是彼此脫節(jié)的，運(yùn)營(yíng)者并不清楚廠房結(jié)構(gòu)布置與各處擔(dān)負(fù)荷載情況，而該可視化仿真系統(tǒng)能夠給予廠房運(yùn)營(yíng)者明確的指示，在合理的位置布置合理的機(jī)器設(shè)備，優(yōu)化了廠房的運(yùn)營(yíng)情況。‘1．3國(guó)內(nèi)外研究情況高科技廠房微振響應(yīng)仿真系統(tǒng)涉及到前期

7、廠房微振響應(yīng)的計(jì)算與后期的三維散亂點(diǎn)可視化，下面將分別闡述這兩個(gè)部分的國(guó)內(nèi)外研究情況。1．3．1有關(guān)廠房微振相應(yīng)計(jì)算的相關(guān)研究(1)在有關(guān)廠房微振的荷載輸入模型方面。為了研究與模擬地震運(yùn)動(dòng)，日本學(xué)者Kanai與Tajimi提出了Kanai—Tajimi功率譜密度函數(shù)H1，它能夠很好的符合地震波頻的變化規(guī)律，Kanai—Tajimi譜實(shí)質(zhì)上是將地震地面加速度運(yùn)動(dòng)模擬為均值為零的平穩(wěn)過(guò)渡Guass白噪聲過(guò)程。Kanai-Tajimi功率譜密度函數(shù)模型考慮了地表土層特性對(duì)地震動(dòng)頻譜特征的影響，具有明顯的物理意義

8、，因而能夠在地震工程中獲得廣泛的應(yīng)用。在Kanai-Tajimi功率譜密度函數(shù)模型的基礎(chǔ)上，NakamurayE41等人對(duì)車(chē)輛運(yùn)行等交通荷載所引起的地面微幅振動(dòng)進(jìn)行了深入研究，對(duì)該功率譜密度函數(shù)模型提出了修正方案，并且與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，得到了具有較高實(shí)用價(jià)值的模擬車(chē)輛行駛等交通荷載所引起的地面微幅振動(dòng)的加速度功率譜密度函數(shù)模型。(2)在有關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法方面。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與有限元的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer-a