1、泰 山 学 院本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ）基于 vb 的矩阵位移法 Fortran 程序可视化开发所 在 学 院 机械与工程学院 专 业 名 称 土木工程 申请学士学位所属学科 工科 年 级 2010 级 学 生 姓 名 、 学 号 韩 奇 孝 2010170214 指 导 教 师 姓 名 、 职 称 李琦 讲师 完 成 日 期 2014 年 月 日 摘要I摘要综合Visual Basic语言的良好界面开发和矩阵位移法的Fortran的强大语言运算功能，基于Visual Basic 6.0对矩阵位移法Fortran语言进行混合编程开发，可使矩阵位移法Fortran语言运算的前后处理过
2、程可视化。用VB设计界面，将矩阵位移法Fortran程序编译成可执行程序，运算开始前，打开程序输入所要计算的杆系结构的原始参数，VB和Fortran间的所有数据都通过磁盘文件进行交换，用VB程序中的shell函数异步方式启动可执行程序经行运算，计算结果显示在VB界面上。整个运行过程中，Fortran程序都在后台进行运行，用磁盘文件进行交换海量数据也很经济，效率非常的高。基于VB的矩阵位移法Fortran的可视化开发出的程序，继承了Fortran的强大运算功能和VB的良好界面，也避免了Fortran程序在DOS环境下运行时输入数据容易出错和计算结果输出繁琐的缺点。方便非专业的编程人员灵活运用计算
3、机进行杆件结构的矩阵位移法运算。关键词：Visual Basic语言；矩阵位移法；Fortran语言；可视化AbstreactIIAbstractIntegrated Visual Basic language interface development and goodmatrix displacement method of Fortran language powerful computing capabilities, based on Visual Basic 6.0 for the matrix displacement method mixed Fortran programmi
4、ng language development, before and after the treatment process can Fortran language computing matrix displacement method of visualization . Design interface with VB , Fortran matrix displacement method will be compiled into an executable program , before the operation began , the original input par
5、ameter to open the program to calculate the truss structure , all data between VB and Fortran are exchanged via a disk file , VB program shell function asynchronously executable program started by the line operator , the result is displayed on the VB interface. Throughout the operation , Fortran pro
6、grams running in the background , huge amounts of data to be exchanged with a disk file is also very economical , efficiency is very high . VB-based matrix displacement method Fortran visualization developed program , inherited a good interface Fortran powerful computing capabilities and VB , but al
7、so avoids the disadvantages of the input data Fortran program running under DOS environment prone to error and calculate the resulting output tedious . Non-professional programmers to facilitate flexible use of computer matrix displacement method calculation rod structure.Keywords : Visual Basic lan
8、guage ; matrix displacement method ; Fortran language ; visualizationAbstreactIII目录IV目录1 绪论 .11.1 研究的目的和意义 .11.2 基于 VB 的矩阵位移法 Fortran 的可视化开发研究的方法概述 .21.3 本文的主要工作 .22 简介矩阵位移法程序化的实现 .42.1 基本信息的输入 .42.1.1 结构的几何形状及材料特性数据 .52.1.2 结构的约束情况数据 .52.1.3 荷载情况数据 .62.2 刚度矩阵 .62.2.1 单元刚度矩阵 .62.2.2 总刚度矩阵 .72.2.3 边界
9、条件的处理 .72.2.4 非结点荷载的等效 .82.2.5 建立求解刚度方程 .82.2.6 计算杆端力 .82.3 矩阵位移法 Fortran 程序 .113 基于 VB 6.0 的矩阵位移法 Fortran 的可视化开发 .143.1 基于 VB 6.0 的矩阵位移法 Fortran 的混合编程及可视化开发 .143.1.1 基于 VB 6.0 的 Fortran 混合编程的两种方法及对比 .143.1.2 基于 VB 6.0 的矩阵位移法 Fortran 的可视化开发 .183.2 应用实例 .20平面刚架计算程序举例和简要说明 .20泰山学院本科毕业设计11 绪论1.1 研究的目的和
10、意义矩阵位移法在结构力学中用于解决杆系结构的位移和内力的重要方法,它以 位移法为理论基础。矩阵位移法的基本方法是:以结点位移为基本未知量,将要分 析的结构离散成一个组件,然后通过分析单元和组装单元,简单列出刚度方程,得 到了杆端力和结点位移。其实质是一种位移法的延伸,是将矩阵运算运用到位移 法中,使之可以编制成数值计算的计算机程序。借助计算机强大的运算能力,使难 以完成大量的未知变量来解决,容易实现。因为矩阵位移法编程的存在,让更多的 结构力学问题变得简单,能够解决更复杂的问题。矩阵位移法通常使用 Fortran 语言编写的计算机程序。Fortran 语言起源于 1950 年代,是最早适用于科
11、学计算的计算机语言。Fortran 语言的高度标准化、 易于程序交换和交易优化，而且具有非常精确的数据结构。虽然经过多年的发展, 应用 Fortran 语言有了很大发展。并与 C+语言相比,Fortran 编程具有 C+所有的重要功能。然而,Fortran 语言有其本身无法克服的缺点。图形处理能力弱,人机界面交换僵硬,而且应该运行在 DOS 环境下,黑色的屏幕和可怜的兼容性都无法满足需求。相对于编程人员不熟悉,使用起来更费力又容易出错。矩阵位移法 只在 Fortran 语言计算结果,及其复杂的计算过程和结果图形表达不好,应用和推广方面非常不利。Visual Basic 是微软开发协助开发环境的
12、事件驱动编程语言, 它来自 BASIC编程语言，是现今全球使用人数最多的编程语言。VB 的图形用户界面(GUI)和快速应用程序开发(RAD)系统,可以轻松创建 ActiveX 控件，也很容易地使用DAO、RDO、ADO 连接数据库。程序员可以很容易地使用 VB 组件来快速创建应用程序。 经过多年的发展,VB 6.0 已经很成熟,是一个基于 Windows 平台的开发工具,以其灵活简单,易于使用和功能强大,界面友好等优点，获得了非计算机专业的程序员的喜爱。然而，Visual Basic 6.0 也有自己的缺点,如计算能力差,执行速度慢等泰山学院本科毕业设计2等。通过基于 Visual Basic
13、 6.0 对矩阵位移法 Fortran 语言进行开发，实现在Windows 环境下运行，同时也实现了既可以延续矩阵位移法 Fortran 语言高效的计算能力,又矩阵位移法程序界面更友好。非专业程序员灵活的借助计算机运行矩形位移法,在计算机的帮助下也可以简单和直接的获取计算结果,提高项目运作的工作效率。1.2 基于 VB 的矩阵位移法 Fortran 的可视化开发研究的方法概述基于 VB 6.0 的矩形位移法 Fortran 的界面化开发设计采用矩阵位移法为基本原理,通过 Visual Basic 6.0 和 Fortran 混合编程的方法，实现矩阵位移法程序的可视化更优化。矩阵位移法的 For
14、tran 编程经过多年来的不断开发已经非常成熟,是应用非常广泛的矩阵位移法计算程序。本设计首先把矩阵位移法 Fortran编程语言转化成 VB 6.0 可以直接调用的可执行文件，实现在 VB 6.0 中执行矩阵位移法 Fortran 的运算，再基于 VB 6.0 进行程序可视化的优化。 在第三章中详细说明所用到的 VB 6.0 直接调用 Fortran 编程语言的可执行文件的方法、VB 6.0 和 Fortran 的接口、VB 调用用 Fortran 编译的可执行文件(矩阵位移法Fortran 可执行文件)、shell 函数异步执行和黑屏的解决方案。然后对运算结果进行可视化处理。在 WINDO
15、WS 平台上,使用 VB 6.0 软件和 FORTAN 混合编程计算的矩阵位移法,现成的矩形位移法的前后期的运算输入、输出简单明了，结果可以由图像直观的显示出来。1.3 本文的主要工作 本文介绍用 Visual Basic 6.0 为平台，将矩阵位移法 Fortran 编程语言转换为 Visual Basic 6.0 的可执行，生成 Visual Basic 6.0 的一个子程序。介绍顺序为矩阵位移法的原理和矩阵位移法编程、VB 6.0 和 Fortran 混合编程方法及其对比、基于 VB 的矩阵位移法 Fortran 的可视化开发。泰山学院本科毕业设计3（1）矩阵位移法程序化的实现部分讨论了
16、矩阵位移法计算机程序实现过程中注意的几个问题：基本信息的输入，刚度矩阵，边界条件处理，非结点荷载的等效，建立求解刚度方程，计算杆端力。提供一些关于如何利用程序解决刚架、桁架、连续梁的位移和内力等问题的帮助（2）对基于 Visual Basic 6.0 的矩阵位移法 Fortran 程序进行兼容，制作出可应用的编程程序，并进行可视化前后处理界面。介绍混合编程的主要方法，对混合编程中出现的每一个问题所需要的解决方案进行简要的描述，对在 Visual Basic 6.0 中对于 Fortran 程序的调用进行简要说明。（3）生成基于 VB 6.0 的矩阵位移法 Fortran 软件，达到程序操作简单
17、，数据以文件形式输入，为检查和修改方便，每项数据都可以清晰的显示出来。程序在运行时，自动由输入的数据生成图形，通过图中的各种信息可以很容易检验出信息是否出错。计算结束后，计算结果自动生成图像，达到预测结构承受荷载后的情况。所生成的程序为 exe 格式，程序小，对计算机没有特殊要求。（4）应用基于 Visual Basic 6.0 的矩阵位移法的可视化程序进行例题计算，验证程序的正确性和易用性。泰山学院本科毕业设计42 简介矩阵位移法程序化的实现随着工程技术和材料等的发展，工程结构向复杂化、大型化的发展，传统的结构力学运算和分析方法很难进行大型复杂的结构分析任务。上世纪六十年代，随着计算机技术的
18、快速发展和在结构计算方面的应用，矩阵位移法程序化得到了广泛的发展应用，使的结构力学运算和分析可以用计算机来运行，非常的简单方便。矩阵位移法在结构力学中用于解决杆系结构的位移和内力的重要方法,它以位移法为理论基础。矩阵位移法的基本方法是:以结点位移为基本未知量,将要分析的结构离散成一个组件,然后通过分析单元和组装单元,简单列出刚度方程,得到了杆端力和结点位移。其实质是一种位移法的延伸,是将矩阵运算运用到位移法中,使之可以编制成数值计算的计算机程序。借助计算机强大的运算能力,使难以完成大量的未知变量来解决,容易实现。因为矩阵位移法编程的存在,让更多的结构力学问题变得简单,能够解决更复杂的问题。这里
19、介绍实现矩阵位移法计算机程序话的思路和方法2.1 基本信息的输入使用矩阵位移法解决问题时,首先要进行结构的离散化 ,这一步是需要手动完成的。首先用结点将结构进行划分，得到一系列的结点和单元,按顺序（一般用顺时针）对结点和单元进行编号(如图 1,2)。这样就可以用数字和编号描述结点坐标, 单元的材料特性、所取截面的特征、支撑信息和所受荷载信息等等，为矩阵位移法分析、计算和程序应用提供信息。泰山学院本科毕业设计5需要向程序提供数据有以下信息：2.1.1 结构的几何形状及材料特性数据这部分包括所选取的结点数量、坐标的位置、单元数、单位编号,单元的截面性质和单元的弹性模量。由于铰结点不能确定，因此相对转动的位置不确定,需要以上在同一位置处编不只一个号,如图 1 中 3、4 号结点。一般根据要输入结点和单元编号的顺序依次输入。需要注意的是,在连续梁和框架分析不考虑轴向变形,经常对程序不做任何改动,而是在数据输入相应的结构单元设置为更大的值,可以扩大 lOOO 倍;没有弯曲变形的桁架,可以设置为 O。2.1.2 结构的约束情况数据
