面向工程设计的有限元软件系统架构研究

Based on the object-oriented database and its concept, in conduct with multi-purposes of engineering designs, the poposed project will focus on an FEA supporting plateform for CAD/CAE software. Mining the supporting points of computation software system to engineering designs, an open, multi-purposed prototype software will be studied and developed which is supposed to be a general, flexible and highly-efficent software tool prototype. The core of this research covers procedure modelling of engineering design and database management of complex engineering data, as well as computational mechanics algorithms in corresponding designs...The project will develop a high-efficient in-core and out-of-core data management system, study practical integration approaches of software, build interface between design data and computational data, as well as interface between data and features. The research will test, modify and integrate existing numerical approaches, and will destinate a efficient and reliable frame of design and computational software. We will deliever an advanced stratege for medium to large engineering designs. In cooperation with corresponding software houses for building or bridge, the prototype plateform will be validated, varified and modified. The final result is an open source of computational software with design features.

本课题以面向对象的数据库结构和思想，结合工程结构设计的多目标性，构建并研发工程结构CAD/CAE软件的有限元方法计算/优化核心支撑平台。研究计算软件系统对于工程设计的支撑作用点，自主开发一个开放的、适用于多工程设计目标的先进软件系统原型，为相关工程设计应用提供通用、灵活、高效的软件工具原型。本研究的核心是工程结构设计的模型和复杂数据的数据库管理技术，以及相应的工程结构设计中的计算结构力学算法。主要内容包括开发高效率内外存管理子系统，研究高效实用的软件系统集成方法，解决相关数据和功能模块调用的接口问题等。课题研究将集成已有的求解方法，对已有算法进行评估和改进，实现高效、可靠的计算软件框架。研究目标是提供中大型工程设计中的先进计算方案，研究还将以建筑工程或桥梁工程为例，与相关的单位合作，检验和改进软件平台原型。项目的完成将实现一个开源的工程设计计算软件原型。

本项目的研究目的是为广大科研工作者提供一个具有自主版权的中小型开放软件平台。基于这个平台，可以通过集成不同模块的方式完成较复杂的计算过程，有益于提高研究效率和质量、改善工作的连续性、促进研究成果的汇集和推广。. 我们完成了申请书中两大部分的研究内容：第一部分主要是面向工程设计的数据库管理研究，强调统一的模型管理与数据共享，包括面向工程的数据库管理与不同计算方案的生成，基本节点自由度及其模型映射，以及多点线性约束关系(Multi-point constraints，MPC)和稀疏总体刚度矩阵叠加问题等；第二部分主要是面向工程设计的数值计算，是为适应工程设计对计算软件进行的一些改进研究，包括基于图分裂的有限元方程快速解法，施工模拟的快速算法，近似模型振动计算的小参数展开方法，不同求解方案在有限元软件中的模块化实现，以及标准求解方案的集成、改进与并行等。. 本项目完成较为先进的程序架构基础上，强调程序的可靠性和可维护性，在实现结构分析基本功能的同时，为结构分析与设计CAD/CAE软件的后续开发提供了一个先进可靠的、具有自主版权的中小型开放软件平台，目前已经被四家以上的自主知识产权CAD/CAE软件使用并进行扩展，对CAD/CAE产业的持续发展产生了积极的推动作用。