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隨著城市建設(shè)的發(fā)展，高層建筑大量涌現(xiàn)，在有限的占地面積中，建筑物高度密集，使人們從地上向地下發(fā)展，比如修建地鐵、地下商場(chǎng)、地下車庫(kù)等。這樣，深基礎(chǔ)工程就顯得尤為重要。對(duì)于高層建筑物地下巖土及其周圍復(fù)雜的環(huán)境，單依靠人工、人力去分析，無(wú)法全面、準(zhǔn)確地解決地下基礎(chǔ)問(wèn)題，因此，需要借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序解決深基礎(chǔ)工程中參數(shù)的數(shù)值有限元分析，以達(dá)到預(yù)期目的。
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)工程應(yīng)用型軟件的開(kāi)發(fā)是一個(gè)熱點(diǎn)，大家都在積極推出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的商業(yè)應(yīng)用軟件，其中大多數(shù)均為通用軟件，使用范圍廣。但就高層建筑地下工程這一類復(fù)雜的、專業(yè)性很強(qiáng)的問(wèn)題，通用軟件往往由于本構(gòu)模型及相關(guān)參數(shù)、變量缺乏等原因，無(wú)法實(shí)現(xiàn)整體工程的分析和模擬，因此，有必要針對(duì)深基礎(chǔ)工程進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)。在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，FEM(Finite element method)是工程領(lǐng)域常用的數(shù)值模擬方法，即有限元方法。它是一種求解連續(xù)介質(zhì)力學(xué)問(wèn)題的通用數(shù)值模擬方法，有著強(qiáng)大的實(shí)用性和廣泛性。與其他數(shù)值計(jì)算方法(如差分法、邊界元、有限元、無(wú)單元法等) 相比較，有限元的突出優(yōu)點(diǎn)是適于處理非線性、非均質(zhì)和復(fù)雜的邊界等問(wèn)題。所以目前在水利、土木工程界開(kāi)發(fā)一些工程類型針對(duì)性很強(qiáng)、人機(jī)交互方便、操作界面直觀、費(fèi)用低廉、有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用軟件，還是很有發(fā)展前景的。
自1966年美國(guó)的Clough和Woodward首先用有限元分析土壩以來(lái)，有限元在巖土工程中的應(yīng)用迅速發(fā)展，并取得了巨大進(jìn)展。有限元法的分析過(guò)程概括起來(lái)可分為以下6個(gè)步驟：
(1) 連續(xù)體的離散化。離散化即將給定的連續(xù)體分割成有限個(gè)單元體，并在單元體的指定點(diǎn)設(shè)置節(jié)點(diǎn)，使相鄰單元的有關(guān)參數(shù)具有一定的連續(xù)性，并構(gòu)成一個(gè)單元的集合體，以代替原來(lái)的結(jié)構(gòu)。
(2) 選擇位移模式。
(3) 根據(jù)虛功原理，推導(dǎo)單元?jiǎng)偠染仃�，形成平衡方程�?br />
(4) 集合所有單元的平衡方程，建立整體結(jié)構(gòu)的平衡方程。這個(gè)過(guò)程包括兩方面的內(nèi)容：一是將各個(gè)單元的剛度矩陣集合成整體剛度矩陣，二是將作用于各單元的等效節(jié)點(diǎn)力列陣。于是可得到平衡方程，然后引入幾何邊界條件，并按此適當(dāng)修改上述方程。
(5) 計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位移矢量。
(6) 由節(jié)點(diǎn)位移矢量計(jì)算單元應(yīng)力。
本程序是在借鑒國(guó)內(nèi)外眾多的有限元分析軟件包優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的三維非線性有限元分析程序。
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