CN112100764A - 力矩分配法的自动模拟分析方法、系统、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种力矩分配法的自动模拟分析方法、系统、装置及存储介质，本发明使用结构智能分析技术，对只存在结点角位移的杆系结构，实现自动计算，并全过程演示力矩分配法的分析计算步骤。对任意参数的结构模型，只要满足力矩分配法的计算前提，皆可生成图文形式的力学计算过程，对全过程提供动画演示功能，全面模拟手算，可对教学演示、概念讲解、学生自学、在线教学、自动作业批改等教学活动，提供技术上的有力支撑。

Description

力矩分配法的自动模拟分析方法、系统、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及智能教学技术领域，尤其涉及应用于《结构力学》、《工程力学》等力学教学领域的一种力矩分配法的自动模拟分析方法、系统、装置及存储介质。

背景技术

力矩分配法适用于仅有结点角位移的结构，根据结构在结点处的变形协调，利用刚度系数概念，将施加于结点的力偶矩，按汇结于该结点各杆转动刚度所占相对比例，分配至各杆杆端。

力矩分配法计算直接使用转动刚度系数，避免方程间联立计算，特别适宜手算和概念分析。通过对力矩分配法的学习，可培养学生对刚度、变形、协调以及平衡等基础概念的认识。

力学分析步骤多、计算复杂，结构内力状态无法直接观察，很难直观感受计算过程与结构受力特征之间的内在联系。当数学运算过程与力学思维间的映射关系相对复杂时，初学者对力学概念认识和理解的建立过程，可能耗费大量的练习时间。

线弹性结构中，荷载作用下弹性变形与内力一一对应，若能了解计算过程中变形状态，可进而感知结构的内力分布状态。由于结构变形特征过于复杂(杆端位移条件取决于未知结点位移，杆段弹性变形曲线近似亦为高次多项式函数)，难以准确手绘。对于以位移法为基础的分析方法，限于手算计算能力和当前教学手段，仍只能在杆端约束条件明确，内力分布简单时，才能计算和描绘“位移法基本结构”在单结点位移或单独外荷载作用下变形分布。

因此，教学过程中，若能更直观地反映分析过程中的变形状态，对学习者更准确、清晰、快速地了解和掌握结构基本特征，显然将更为有利。但目前的教学辅助软件，都没有自动分析和过程变形描述的功能。而商用结构分析软件，并非基于教学目的开发，无法展示力学计算中基本分析过程，对初学者并不适用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的问题之一，特别创新地提出了一种力矩分配法的自动模拟分析方法、系统、装置及存储介质，能够自动全过程模拟力矩分配法分析过程，并生成图文形式的力学计算过程，有效解决了现有技术中教学辅助软件缺少自动分析和变形描述等功能的问题。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种力矩分配法的自动模拟分析方法，所述方法包括如下步骤：

S1，绘制待分析力学模型对应的杆系结构在相应受力状态下的真实变形图；

S2，在所述杆系结构的所有独立角位移可能发生处附加刚臂，并计算附加刚臂后所处的特定状态下的杆系结构的分配系数、传递系数、固端弯矩和各刚结点的不平衡力偶矩，作为力矩分配的初始状态参数；

S3，基于所述初始状态参数绘制附加刚臂约束下的杆系结构的初始变形图；

S4，从第一独立角位移处开始力矩分配，将本结点的分配弯矩记录至杆端，并计算对应状态下的杆系结构的变形参数，基于所述变形参数，使用放大系数优化显示效果，在时间参数的控制下刷新变形图，以动画模拟展示本结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，并在动画模拟结束时更新各结点的不平衡力偶矩；

S5，重复步骤S4中的力矩分配过程，并动态显示变形增量，直到杆系结构的所有结点上的不平衡力偶矩达到预设阈值，停止力矩分配；

S6，计算力矩分配后的杆系结构的杆端弯矩值，并基于所述杆端弯矩值和杆系结构的单元载荷绘制结构弯矩图。

优选地，所述方法还包括如下步骤：

在步骤S4中的力矩分配过程中，如果杆系结构存在多个独立结点角位移，则在一个结点角位移的力矩分配完成后，自动选择下一个独立结点角位移继续进行力矩分配，记录分配弯矩，更新结构变形与上一步的变形增量，对变形增量使用放大系数，并在时间参数的控制下刷新变形图，继续以动画模拟展示该结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，动画模拟结束后，根据传递系数显示远端弯矩以及更新各结点不平衡力偶矩。

优选地，所述方法在步骤S1之前还包括如下步骤：

判断待分析力学模型对应的结构是否满足预设条件，若满足，则执行步骤S1，若不满足，则提示用户无法使用力矩分配法。

优选地，所述步骤S1包括：

基于杆系有限元分析方法对待分析力学模型对应的结构进行分析，以确定力矩分配时的关键参数；

根据待分析力学模型对应的结构的原始受力模型和所述关键参数绘制所述待分析力学模型对应的杆系结构的真实变形图。

根据本发明的第二个方面，本发明还提供了一种力矩分配法的自动模拟分析系统，包括：

第一绘图模块，用于绘制待分析力学模型对应的杆系结构在相应受力状态下的真实变形图；

第一计算模块，用于在所述杆系结构的所有独立角位移可能发生处附加刚臂，并计算附加刚臂后所处的特定状态下的杆系结构的分配系数、传递系数、固端弯矩和各刚结点的不平衡力偶矩，作为力矩分配的初始状态参数；

第二绘图模块，用于基于所述初始状态参数绘制附加刚臂约束下的杆系结构的初始变形图；

力矩分配模拟模块，用于从第一独立角位移处开始力矩分配，将本结点的分配弯矩记录至杆端，并计算对应状态下的杆系结构的变形参数，基于所述变形参数，使用放大系数优化显示效果，在时间参数的控制下刷新变形图，以动画模拟展示本结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，并在动画结模拟束时更新各结点的不平衡力偶矩；重复上述力矩分配过程，并动态显示变形增量，直到杆系结构的所有结点上的不平衡力偶矩达到预设阈值，停止力矩分配；

第三绘图模块，用于计算力矩分配后的杆系结构的杆端弯矩值，并基于所述杆端弯矩值和杆系结构的单元载荷绘制结构弯矩图。

优选地，所述力矩分配模拟模块还用于，

在力矩分配过程中，如果杆系结构存在多个独立结点角位移，则在一个结点角位移的力矩分配完成后，自动选择下一个独立结点角位移继续进行力矩分配，记录分配弯矩，更新结构变形与上一步的变形增量，对变形增量使用放大系数，并在时间参数的控制下刷新变形图，继续以动画模拟展示该结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，动画模拟结束后，根据传递系数显示远端弯矩以及更新各结点不平衡力偶矩。

优选地，所述系统还包括：

判断模块，用于判断待分析力学模型对应的结构是否满足预设条件。

优选地地，所述第一绘图模块具体用于，

基于杆系有限元分析方法对待分析力学模型对应的结构进行分析，以确定力矩分配时的关键参数；

根据待分析力学模型对应的结构的原始受力模型和所述关键参数绘制所述待分析力学模型对应的杆系结构的真实变形图。

根据本发明的第三个方面，本发明还提供了一种力矩分配法的自动模拟分析装置，包括存储器、处理器以及存储于所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明第一个方面所述的力矩分配法的自动模拟分析方法的步骤。

根据本发明的第四个方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一个方面所述的力矩分配法的自动模拟分析方法的步骤。

由以上方案可知，本发明提供了一种力矩分配法的自动模拟分析方法、系统、装置及存储介质，所述方法包括绘制待分析力学模型对应的杆系结构在相应受力状态下的真实变形图；在所述杆系结构的所有独立角位移可能发生处附加刚臂，并计算附加刚臂后所处的特定状态下的杆系结构的分配系数、传递系数、固端弯矩和各刚结点的不平衡力偶矩，作为力矩分配的初始状态参数；基于所述初始状态参数绘制附加刚臂约束下的杆系结构的初始变形图；从第一独立角位移处开始力矩分配，将本结点的分配弯矩记录至杆端，并计算对应状态下的杆系结构的变形参数，基于所述变形参数，使用放大系数优化显示效果，在时间参数的控制下刷新变形图，以动画模拟展示本结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，并在动画模拟结束时更新各结点的不平衡力偶矩；重复上述力矩分配过程，并动态显示变形增量，直到杆系结构的所有结点上的不平衡力偶矩达到预设阈值，停止力矩分配；计算力矩分配后杆系结构的杆端弯矩值，并基于所述杆端弯矩值和杆系结构的单元载荷绘制结构弯矩图。本发明使用结构智能分析技术，自动全过程模拟对只存在结点角位移的杆系结构的力矩分配法分析过程。对任意参数的结构模型，只要满足力矩分配法的计算前提，皆可生成图文形式的力学计算过程，对全过程提供动画演示功能，全面模拟手算，可对教学演示、概念讲解、学生自学、在线教学、自动作业批改等教学活动，提供技术上的有力支撑。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种优选实施方式中力矩分配法的自动模拟分析方法的流程示意图；

图2是本发明一种优选实施方式中力矩分配法的自动模拟分析系统的结构示意图；

图3是本发明一种优选实施方式中力矩分配法的自动模拟分析装置的结构示意图；

图4是本发明具体实例中力矩分配法的自动模拟分析系统的用户操作界面示意图；

图5是本发明具体实例中力矩分配前的初始状态的示意图；

图6是本发明具体实例中第一次力矩分配后的过程状态的示意图；

图7是本发明具体实例中第二次力矩分配后的过程状态的示意图；

图8是本发明具体实例中第三次力矩分配后的过程状态的示意图；

图9是本发明具体实例中第七次力矩分配后的过程状态的示意图；

图10是本发明具体实施例中结束力矩分配时计算杆端弯矩的示意图；

图11是本发明具体实施例中力矩分配法计算所得到结构弯矩图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明在算法上实现对力矩分配法的自动模拟计算，同时实现动画演示逐过程的变形发展，以及中间过程与最终变形间差距，用直观的变形逼近的方式，让学习者感受力矩分配法在分配过程中变形-内力与精确解间的渐近过程，并通过动画方式进行直观演示，可让学生更容易掌握其中涉及的力学概念。

本发明适用于课堂教学和在线教学等多种教学模式，可用于授课中教学实时演示，也可用于学生自学。对常规教学手段的改进，可让学生容易掌握力矩分配法，增加对于基于位移法其它相关算法的理解，更准确认识刚度、刚度系数等重要概念。

本发明所采用的技术方案主要是使用杆系结构有限元分析方法，对待分析的杆系结构的位移条件、过程状态、刚度特征等进行辅助分析，以确定力矩分配时如转动刚度、分配系数、固端弯矩等关键参数，实现对附加不平衡力矩的分配和传递，并使用动画方式进行演示。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种力矩分配法的自动模拟分析方法，如图1所示，所述方法可以包括如下步骤：

S101，绘制待分析力学模型对应的杆系结构在相应受力状态下的真实变形图；

S102，在杆系结构的所有独立角位移可能发生处附加刚臂，并计算附加刚臂后所处的特定状态下的杆系结构的分配系数、传递系数、固端弯矩和各刚结点的不平衡力偶矩，作为力矩分配的初始状态参数；

S103，基于初始状态参数绘制附加刚臂约束下的杆系结构的初始变形图；

S104，从第一独立角位移处开始力矩分配，将本结点的分配弯矩记录至杆端，并计算对应状态下的杆系结构的变形参数，基于变形参数，使用放大系数优化显示效果，在时间参数的控制下刷新变形图，以动画模拟展示本结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，并在动画模拟结束时更新各结点的不平衡力偶矩；

S105，重复步骤S104中的力矩分配过程，并动态显示变形增量，直到杆系结构的所有结点上的不平衡力偶矩达到预设阈值，停止力矩分配；

具体地，预设阈值可以是0或者预先设定的一个足够小的正数，当所有结点上的不平衡力偶矩为零或者足够小时，系统自动控制或者由用户手动控制是否停止力矩分配。

S106，计算力矩分配后的杆系结构的杆端弯矩值，并基于杆端弯矩值和杆系结构的单元载荷绘制结构弯矩图。

对杆系结构的所有杆端，叠加固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩，即可获得最终的杆端弯矩值。

在本实施方式中，所述方法还可以包括如下步骤：

在步骤S104中的力矩分配过程中，如果杆系结构存在多个独立结点角位移，则在一个结点角位移的力矩分配完成后，自动选择下一个独立结点角位移继续进行力矩分配，记录分配弯矩，更新结构变形与上一步的变形增量，对变形增量使用放大系数，并在时间参数的控制下刷新变形图，继续以动画模拟展示该结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，动画模拟结束后，根据传递系数显示远端弯矩以及更新各结点不平衡力偶矩。

在本实施方式中，在步骤S101之前，所述方法还可以包括如下步骤：

判断待分析力学模型对应的结构是否满足预设条件，若满足，则执行步骤S101，若不满足，则提示用户无法使用力矩分配法。

由于力矩分配法只适用于仅存在独立角位移的结构，因此，在对待分析力学模型进行力矩分配法自动模拟分析之前，首先需要对待分析力学模型进行分析判断，看待分析力学模型是否满足预设条件，即是否满足能够采用力矩分配法计算分析的条件，也就是说，判断待分析力学模型对应的结构是否仅存在独立角位移，如果是，则继续后续的自动模拟分析过程，如果否，则提示用户无法使用力矩分配法对该待分析力学模型进行自动模拟分析。

在本实施方式中，所述步骤S101具体包括：

基于杆系有限元分析方法对待分析力学模型对应的结构进行分析，以确定力矩分配时的关键参数；

根据待分析力学模型对应的结构的原始受力模型和关键参数绘制待分析力学模型对应的杆系结构的真实变形图。

具体地，本实施例使用杆系结构有限元分析方法对结构的位移条件、过程状态和刚度特征等进行辅助分析，从而确定力矩分配时如转动刚度、分配系数、固端弯矩等关键参数。

综上所述可知，本实施例提供了一种力矩分配法的自动模拟分析方法，绘制待分析力学模型对应的杆系结构在相应受力状态下的真实变形图；在杆系结构的所有独立角位移可能发生处附加刚臂，并计算附加刚臂后所处的特定状态下的杆系结构的分配系数、传递系数、固端弯矩和各刚结点的不平衡力偶矩，作为力矩分配的初始状态参数；基于初始状态参数绘制附加刚臂约束下的杆系结构的初始变形图；从第一独立角位移处开始力矩分配，将本结点的分配弯矩记录至杆端，并计算对应状态下的杆系结构的变形参数，基于变形参数，使用放大系数优化显示效果，在时间参数的控制下刷新变形图，以动画模拟展示本结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，并在动画模拟结束时更新各结点的不平衡力偶矩；重复上述力矩分配过程，并动态显示变形增量，直到杆系结构的所有结点上的不平衡力偶矩达到预设阈值，停止力矩分配；计算力矩分配后的杆系结构的杆端弯矩值，并基于杆端弯矩值和杆系结构的单元载荷绘制结构弯矩图。本发明使用杆系结构有限元分析技术和结构智能分析技术，自动全过程模拟对只存在结点角位移的杆系结构的力矩分配法分析过程。对任意参数的结构模型，只要满足力矩分配法的计算前提，皆可生成图文形式的力学计算过程，对全过程提供动画演示功能，全面模拟手算，可对教学演示、概念讲解、学生自学、在线教学、自动作业批改等教学活动，提供技术上的有力支撑。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种力矩分配法的自动模拟分析系统，如图2所示，所述系统包括：

第一绘图模块201，用于绘制待分析力学模型对应的杆系结构在相应受力状态下的真实变形图；

第一计算模块202，用于在杆系结构的所有独立角位移可能发生处附加刚臂，并计算附加刚臂后所处的特定状态下的杆系结构的分配系数、传递系数、固端弯矩和各刚结点的不平衡力偶矩，作为力矩分配的初始状态参数；

第二绘图模块203，用于基于初始状态参数绘制附加刚臂约束下的杆系结构的初始变形图；

力矩分配模拟模块204，用于从第一独立角位移处开始力矩分配，将本结点的分配弯矩记录至杆端，并计算对应状态下的杆系结构的变形参数，基于变形参数，使用放大系数，在时间参数的控制下刷新变形图，以动画模拟展示本结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，并在动画模拟结束时更新各结点的不平衡力偶矩；重复上述力矩分配过程，并动态显示变形增量，直到杆系结构的所有结点上的不平衡力偶矩达到预设阈值，停止力矩分配；

具体地，预设阈值可以是0或者预先设定的一个足够小的正数，当所有结点上的不平衡力偶矩为零或者足够小时，系统自动控制或者由用户手动控制是否停止力矩分配。

第三绘图模块205，用于计算力矩分配后的杆系结构的杆端弯矩值，并基于杆端弯矩值和杆系结构的单元载荷绘制结构弯矩图。

对杆系结构的所有杆端，叠加固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩，即可获得最终的杆端弯矩值。

在本实施方式中，所述力矩分配模拟模块204还用于，

在力矩分配过程中，如果杆系结构存在多个独立结点角位移，则在一个结点角位移的力矩分配完成后，自动选择下一个独立结点角位移继续进行力矩分配，记录分配弯矩，更新结构变形与上一步的变形增量，对变形增量使用放大系数，并在时间参数的控制下刷新变形图，继续以动画模拟展示该结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，动画模拟结束后，根据传递系数显示远端弯矩以及更新各结点不平衡力偶矩。

在本实施方式中，所述系统还可以包括：

判断模块，用于判断待分析力学模型对应的结构是否满足预设条件。

由于力矩分配法只适用于仅存在独立角位移的结构，因此，在对待分析力学模型进行力矩分配法自动模拟分析之前，首先需要对模型进行分析判断，即是否满足力矩分配法分析的条件，也就是说，判断待分析力学模型对应的结构是否仅存在独立角位移，如果是，则继续后续的自动模拟分析过程，如果否，则提示用户无法使用力矩分配法对该待分析力学模型进行自动模拟分析。

在本实施方式中，第一绘图模块具体用于，

基于杆系有限元分析方法对待分析力学模型对应的结构进行分析，以确定力矩分配时的关键参数；

根据待分析力学模型对应的结构的原始受力模型和关键参数绘制待分析力学模型对应的杆系结构的真实变形图。

具体地，本实施例使用杆系结构有限元分析方法对结构的位移条件、过程状态和刚度特征等进行辅助分析，从而确定力矩分配时如转动刚度、分配系数、固端弯矩等关键参数。

综上所述可知，本实施例提供了一种力矩分配法的自动模拟分析系统，通过第一绘图模块绘制待分析力学模型对应的杆系结构在相应受力状态下的真实变形图；通过第一计算模块在杆系结构的所有独立角位移可能发生处附加刚臂，并计算附加刚臂后所处的特定状态下的杆系结构的分配系数、传递系数、固端弯矩和各刚结点的不平衡力偶矩，作为力矩分配的初始状态参数；通过第二绘图模块基于初始状态参数绘制附加刚臂约束下的杆系结构的初始变形图；通过力矩分配模拟模块从第一独立角位移处开始力矩分配，将本结点的分配弯矩记录至杆端，并计算对应状态下的杆系结构的变形参数，基于变形参数，使用放大系数优化显示效果，在时间参数的控制下刷新变形图，以动画模拟展示本结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，并在动画模拟结束时更新各结点的不平衡力偶矩；重复上述力矩分配过程，并动态显示变形增量，直到杆系结构的所有结点上的不平衡力偶矩达到预设阈值，停止力矩分配；通过第三绘图模块计算力矩分配后的杆系结构的杆端弯矩值，并基于杆端弯矩值和杆系结构的单元载荷绘制结构弯矩图。本发明使用杆系结构有限元分析技术和结构智能分析技术，自动全过程模拟对只存在结点角位移的杆系结构的力矩分配法分析过程。对任意参数的结构模型，只要满足力矩分配法的计算前提，皆可生成图文形式的力学计算过程，对全过程提供动画演示功能，全面模拟手算，可对教学演示、概念讲解、学生自学、在线教学、自动作业批改等教学活动，提供技术上的有力支撑。

上述力矩分配法的自动模拟分析系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

根据本发明的第三个方面，本发明还提供了一种力矩分配法的自动模拟分析装置3，如图3所示，所述装置3包括存储器301、处理器302以及存储于存储器301中并可在处理器302上运行的计算机程序303，处理器302执行计算机程序303时实现如本发明第一个方面的力矩分配法的自动模拟分析方法的步骤。

根据本发明的第四个方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一个方面的力矩分配法的自动模拟分析方法的步骤。

下面以具体实例进一步说明本发明的功能。

图4是本发明具体实例中力矩分配法的自动模拟分析系统的用户操作界面示意图，界面竖向分为两栏，左侧分栏为菜单区域，用户点击菜单对应的控件按钮可控制操作步骤；右侧分栏则显示结构分析参数、状态、图形等信息，此时本栏中待分析力学模型(即图示中的计算模型)所对应的结构简图即为计算示例。

图5为进行力矩分配前的初始状态图。当用户点击左侧分栏的菜单区域中的“分配系数及固端力”控件按钮时，显示此界面。基础参数都在此状态进行显示。对图面参数的信息说明，见图中的文字标注。

用户点击“力矩分配”控件按钮，系统即自动对待分析力学模型对应的杆系结构进行基于力矩分配法的自动分析和动画模拟。自动分析过程中根据独立角位移数量的不同，可以进行一次或多次力矩分配。

图6为第一次力矩分配后的状态图。可见第一个独立角位移处的结点的刚臂位置已经发生了转动(空心三角是初始状态，实心三角是当前状态)，结构的当前变形随着第一个刚臂内不平衡力的消除，与结构的真实变形进一步接近。用户使用时，在显示屏上显示的本状态的变化是用动画的方式向学习者直观演示的。

图7是第二次力矩分配后的状态图。可见第二个独立角位移处的结点的刚臂位置也发生了转动，其上方的不平衡力偶矩减小至0。结构的当前变形更进一步接近于真实变形。

图8是第三次力矩分配后的状态图。此时结构的当前变形已经非常接近于真实变形，而附加刚臂内的不平衡力相比初始状态，已经非常小了。

为进一步增加计算精度，继续进行第四次～第七次力矩分配，刚臂内的不平衡力的有效位数已经小数点后的第三位。此时的变形与结构真实位移几乎完全重合。如图9所示，为第七次力矩分配后的过程状态的示意图。

用户点击“分配结束”控件按钮，系统将各杆端的固端弯矩值、分配弯矩值、传递弯矩值叠加在一起，作为结构最终的杆端弯矩。如图10所示。

用户点击“绘弯矩图”控件按钮，根据图10所得的杆端弯矩，系统自动绘制出如图11所示的结构弯矩图。

本实施例中，所述力矩分配法的自动模拟分析系统集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种力矩分配法的自动模拟分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，绘制待分析力学模型对应的杆系结构在相应受力状态下的真实变形图；

S2，在所述杆系结构的所有独立角位移可能发生处附加刚臂，并计算附加刚臂后所处的特定状态下的杆系结构的分配系数、传递系数、固端弯矩和各刚结点的不平衡力偶矩，作为力矩分配的初始状态参数；

S3，基于所述初始状态参数绘制附加刚臂约束下的杆系结构的初始变形图；

S4，从第一独立角位移处开始力矩分配，将本结点的分配弯矩记录至杆端，并计算对应状态下杆系结构的变形参数，基于所述变形参数，使用放大系数优化显示效果，在时间参数的控制下刷新变形图，以动画模拟展示本结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，并在动画模拟结束时更新各结点的不平衡力偶矩；

S5，重复步骤S4中的力矩分配过程，并动态显示变形增量，直到杆系结构的所有结点上的不平衡力偶矩达到预设阈值，停止力矩分配；

S6，计算力矩分配后的杆系结构的杆端弯矩值，并基于所述杆端弯矩值和杆系结构的单元载荷绘制结构弯矩图。

2.根据权利要求1所述的力矩分配法的自动模拟分析方法，其特征在于，还包括如下步骤：

在步骤S4中的力矩分配过程中，如果杆系结构存在多个独立结点角位移，则在一个结点角位移的力矩分配完成后，自动选择下一个独立结点角位移继续进行力矩分配，记录分配弯矩，更新结构变形与上一步的变形增量，对变形增量使用放大系数，并在时间参数的控制下刷新变形图，继续以动画模拟展示该结点不平衡力释放过程中，杆系结构的变形过程，在动画模拟结束后，根据传递系数显示远端弯矩以及更新各结点不平衡力偶矩。

3.根据权利要求2所述的力矩分配法的自动模拟分析方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括如下步骤：

判断待分析力学模型对应的结构是否满足预设条件，若满足，则执行步骤S1，若不满足，则提示用户无法使用力矩分配法。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的力矩分配法的自动模拟分析方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

基于杆系有限元分析方法对待分析力学模型对应的结构进行分析，以确定力矩分配时的关键参数；

根据待分析力学模型对应的结构的原始受力模型和所述关键参数绘制所述待分析力学模型对应的杆系结构的真实变形图。

5.一种力矩分配法的自动模拟分析系统，其特征在于，包括：

第一绘图模块，用于绘制待分析力学模型对应的杆系结构在相应受力状态下的真实变形图；

第一计算模块，用于在所述杆系结构的所有独立角位移可能发生处附加刚臂，并计算附加刚臂后所处的特定状态下的杆系结构的分配系数、传递系数、固端弯矩和各刚结点的不平衡力偶矩，作为力矩分配的初始状态参数；

第二绘图模块，用于基于所述初始状态参数绘制附加刚臂约束下的杆系结构的初始变形图；

力矩分配模拟模块，用于从第一独立角位移处开始力矩分配，将本结点的分配弯矩记录至杆端，并计算对应状态下的杆系结构的变形参数，基于所述变形参数，使用放大系数优化显示效果，在时间参数的控制下刷新变形图，以动画模拟展示本结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，并在动画模拟结束时更新各结点的不平衡力偶矩；重复上述力矩分配过程，并动态显示变形增量，直到杆系结构的所有结点上的不平衡力偶矩达到预设阈值，停止力矩分配；

第三绘图模块，用于计算力矩分配后的杆系结构的杆端弯矩值，并基于所述杆端弯矩值和杆系结构的单元载荷绘制结构弯矩图。

6.根据权利要求5所述的力矩分配法的自动模拟分析系统，其特征在于，所述力矩分配模拟模块还用于，

在力矩分配过程中，如果杆系结构存在多个独立结点角位移，则在一个结点角位移的力矩分配完成后，自动选择下一个独立结点角位移继续进行力矩分配，记录分配弯矩，更新结构变形与上一步的变形增量，对变形增量使用放大系数，并在时间参数的控制下刷新变形图，继续以动画模拟展示该结点的不平衡力释放过程中的杆系结构的变形过程，动画模拟结束后，根据传递系数显示远端弯矩以及更新各结点不平衡力偶矩。

7.根据权利要求6所述的力矩分配法的自动模拟分析系统，其特征在于，还包括：

判断模块，用于判断待分析力学模型对应的结构是否满足预设条件。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的力矩分配法的自动模拟分析系统，其特征在于，所述第一绘图模块具体用于，

基于杆系有限元分析方法对待分析力学模型对应的结构进行分析，以确定力矩分配时的关键参数；

根据待分析力学模型对应的结构的原始受力模型和所述关键参数绘制所述待分析力学模型对应的杆系结构的真实变形图。

9.一种力矩分配法的自动模拟分析装置，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储于所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4中任意一项所述的力矩分配法的自动模拟分析方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任意一项所述的力矩分配法的自动模拟分析方法的步骤。

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