mathcad應(yīng)用

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1、MathCAD在水利設(shè)計(jì)中的應(yīng)用摘要：MathCAD是一個(gè)集數(shù)理計(jì)算、圖形和文字處理等功能于一體的數(shù)學(xué)軟件，在各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，本文以水庫調(diào)洪演算和構(gòu)件配筋計(jì)算兩個(gè)例子介紹了MathCAD在水利設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：MathCAD水利設(shè)計(jì)應(yīng)用1、概述MathCAD即數(shù)學(xué)CAD，是美國Mathsoft公司1986年推出的一個(gè)功能很強(qiáng)的交互式應(yīng)用數(shù)學(xué)軟件，早期版本運(yùn)行于Dos環(huán)境，4.0版后運(yùn)行于Windovs環(huán)境，以后陸續(xù)推出了5.0、6.0、7.0、8.0、2000、2001版本，最新版本是MathCAD12版。MathCAD是一個(gè)集成軟件包，它集數(shù)理計(jì)算、圖形和文字處理等功能于

2、一體，把電子制表軟件的活動(dòng)文檔界面和字處理軟件的所見即所得界面結(jié)合起來，加上功能強(qiáng)大的內(nèi)置函數(shù)庫，從而能方便直觀地解決數(shù)學(xué)問題和數(shù)學(xué)在各種學(xué)科中的應(yīng)用問題，如數(shù)據(jù)分析與處理、過程模擬、工程設(shè)計(jì)和科學(xué)計(jì)算等問題。MathCAD的使用操作十分簡單，充分體現(xiàn)了交互式的特點(diǎn)，無需寫出繁瑣的中間過程，不要求用戶具有精深的計(jì)算機(jī)知識(shí)，對(duì)于任何具有一定數(shù)學(xué)知識(shí)的人，都可以十分容易地學(xué)會(huì)使用。因此，在水利工程設(shè)計(jì)過程中的很多計(jì)算問題都可以應(yīng)用MathCAD輕松解決。2、MathCAD在設(shè)計(jì)中的基本應(yīng)用水利工程設(shè)計(jì)方面經(jīng)常要接觸到各種計(jì)算公式，有時(shí)甚至是幾個(gè)復(fù)雜的公式才能算出結(jié)果。雖然人們已經(jīng)編寫出了很多現(xiàn)成

3、的計(jì)算軟件，如：擋土墻穩(wěn)定計(jì)算程序、調(diào)洪演算程序等。但其都是針對(duì)某一問題而定制的，靈活性較差，數(shù)據(jù)輸入、輸出比較麻煩，應(yīng)用起來也不盡如人意。如果我們應(yīng)用到MathCAD的公式計(jì)算功能，就會(huì)發(fā)現(xiàn)只要將計(jì)算公式及已知數(shù)值輸入進(jìn)去，MathCAD已經(jīng)幫我們計(jì)算出了答案，無須考慮中間運(yùn)算過程，也不要去設(shè)計(jì)算法和編制程序?，F(xiàn)在還有很多設(shè)計(jì)人員用WORD寫計(jì)算稿，用EXCEL來進(jìn)行計(jì)算，但EXCEL計(jì)算極易出錯(cuò)，主要原因是它的計(jì)算過程是隱蔽的，公式隱藏在單元格中，錯(cuò)漏不易發(fā)現(xiàn)。而MathCAD的整個(gè)計(jì)算過程一目了然，在寫計(jì)算稿的同時(shí)也完成了計(jì)算處理，而且它的規(guī)則和數(shù)學(xué)中的習(xí)慣是一樣的，和其它程序相比更容

4、易上手。如在流溪河花干渠三面光整治工程中，需對(duì)渠道斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)：已知梯形渠道底寬B=5.0，邊坡系數(shù)m=1.5,渠道坡降i=0.001，糙率n=0.015，求水深h=1.5m時(shí)的過流量Q值。我們只需在版面按照明渠均勻流的計(jì)算公式輸入：然后打入Q=;即可得出答案Q=23.607。MathCAD的公式是“活”的，能始終跟蹤我們對(duì)算式所做的任何修改，并且自動(dòng)更新答案。如我們將h=1.5改成h=2.0就可以即時(shí)看到流量Q的數(shù)值發(fā)生了變化：Q=40.39使用這個(gè)功能，我們可以把MathCAD當(dāng)成草稿紙來使用，通過不斷調(diào)整參數(shù)值來達(dá)到快速“試算”的目的，這對(duì)于我們?cè)谒W(xué)公式計(jì)算中經(jīng)常頭疼的試算問題來說

5、無疑是一大福音。MathCAD還是目前世界上最出色的全屏幕公式編輯器，在MathCAD里輸入數(shù)學(xué)公式不僅和書寫一樣方便，基本上解決了數(shù)學(xué)公式錄入煩瑣和速度較慢的問題，而且可以與其它字處理軟件（如：WORD、WPS）配合使用，方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)說明書的排版，甚至直接生成計(jì)算書打印出來，完美的在一張工作文件中將公式、文字、圖表等結(jié)合在一起，再也不需要在多個(gè)軟件間來回復(fù)制、粘貼、切換，當(dāng)你設(shè)計(jì)完成你的計(jì)算過程的同時(shí)，報(bào)告也同時(shí)為你準(zhǔn)備妥當(dāng)了。如上面的例子，我們可以在MathCAD環(huán)境下生成如下的計(jì)算書：我們可以將以上的計(jì)算書版面保存成模板，以后凡遇到相同的計(jì)算問題，只要將有關(guān)數(shù)據(jù)改動(dòng)一下，就可馬上得出

6、想要的結(jié)果，非常方便。MathCAD內(nèi)置了功能強(qiáng)大的函數(shù)庫，能方便地解決一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題。在水利方面，比較有用的有擬合函數(shù)、插值函數(shù)和統(tǒng)計(jì)函數(shù)、矢量和矩陣函數(shù)等。例如水庫的水位庫容關(guān)系曲線就可以用以下的三次樣條插值函數(shù)來擬合：VS:=Lspline(zz,v)①V(z):=Interp(VS,zz,v,z)②MathCAD還具有強(qiáng)大的圖形功能，不僅能畫平面直角坐標(biāo)系圖形，而且可以畫極坐標(biāo)系圖形以及各種三維圖形，同時(shí)可以讀取圖形中任一點(diǎn)的坐標(biāo)值。在水利工程中我們一般常用到MathCAD的二維平面直角坐標(biāo)系圖形，只要輸入要?jiǎng)?chuàng)建圖形的函數(shù)、數(shù)學(xué)表達(dá)式或數(shù)據(jù)集合，按@鍵，在位標(biāo)處填入變量名，就可以

7、生成相應(yīng)的圖形，而且圖形可以隨變量值的改變而即時(shí)變化。以上都是MathCAD的一些基本的功能在水利計(jì)算方面的一些應(yīng)用，除此之外，它的符號(hào)運(yùn)算、微積分方程解析、方程組求解、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、矩陣運(yùn)算以及自定義函數(shù)等功能運(yùn)用在水利方面，幾乎可以解決常見的計(jì)算問題，如水文水利計(jì)算方面的調(diào)洪演算、水面線推算、有壓無壓流計(jì)算、土壩浸潤線計(jì)算，結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的內(nèi)力計(jì)算、配筋計(jì)算、承載力驗(yàn)算等等。3、應(yīng)用實(shí)例下面以某水庫的調(diào)洪驗(yàn)算和