以Python整合有限元素商業軟體於重複性分析計算架構之開發： 應用於結構可靠度

Using Python to Develop Computational Framework for Recursive Analyses with Commercial FEM Codes: Applications in Structural Reliability

林士傑(Shih-Chieh Lin)

指導教授 ： 呂良正

共同指導教授 ： 陳俊杉(Chiun-Shan Chen)

國立臺灣大學/工學院/土木工程學研究所/碩士(2005年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2005.02064

摘要

觀察結構可靠度有關文獻，可發現大部分處理的問題是構架結構（frame structures，桁架、梁、柱、剛架等）而且許多是線彈性的，此原因應為一般研究可靠度的人對於分析門檻較高之板、殼結構或非線性領域（幾何、材料）需花費相當時間撰寫此類分析程式（可能是可靠度分析程式開發時間的百倍）。而這類較複雜的分析問題，利用目前有限元素商業軟體是很容易解決的，然而在做結構可靠度分析時，如何利用這些有限元素商業軟體卻碰到瓶頸，由於可靠度分析\需要將可靠度分析的程式與結構分析程式整合於同一程式，因此在沒有商業軟體的程式原始碼情況下，難以進行。
本文利用先進的軟體設計技術：OOP、OOAD和UML，提出一之重複性分析計算架構，套用設計模式，使此軟體架構更具彈性。並結合有限元素商業軟體ABAQUS和可靠度分析程式，利用商業軟體強大的結構分析功能，進行可靠度分析。本文之可靠度分析方法採一階可靠度方法（FOSM）配合反應面法（RSM）。
不同分析軟體間的整合部分，本文採用直譯式程式語言Python，利用其整合不同程式的快速、程式碼的簡潔以及物件執行期可變之彈性，實作此軟體架構。並採用一以XML作為介面之通用性文字檔解析器，用以解析ABAQUS之輸出輸入檔。
本文並以此軟體架構，進行文獻上常見之抗彎構架可靠度分析。並進階探討多種板、殼結構於工作載重、極限載重及動力分析等等各種不同情形下之可靠度分析。並且探討熱傳之結構可靠度分析。

關鍵字

反應面法 ； 結構可靠度分析 ； Python ； 系統整合 ； 工程軟體整合

並列摘要

無資料

並列關鍵字

EAI, Python ； Application Integration ； Response Surface Method ； Structural Reliability Analysis

參考文獻

Albir S. (1999), UML in a nutshell, O’REILLY, USA.

Bergan, P.G., Horrigmoe, G., Krakeland, B. and Soreide, T.H. (1978), “Solution techniques for non-linear finite element problems”, Int. J. Num. Meth. Engng., Vo. 12, pp 1677-1696.

Bucher, C. G. and Bourgund, U. (1990), “A fast and efficient response surface approach for structural reliability problems,” Structural Safety, Vol. 7, No. 1, 55-66.

Ching, J., Au, S.K. and Beck, J.L. (2005), “Reliability estimation for dynamic systems subject to stochastic excitations using Subset Simulation with splitting”, in print, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering.

Cornell, C. A. (1969), “A probability-based structural code,” Journal of the American Concrete Institute, Vol. 66, No. 12, 974-985.