空间桁架结构程序设计(Fortran).doc
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1、实用文案空间桁架静力分析程序及算例1、变量及数组说明输入数据控制数据NF单个节点的自由度数NP结构离散节点的总数NE结构离散单元的总数NM结构中单元不同的特征数类的总数NR结构受约束节点的总数NCF结构受外荷载作用的节点总数ND一个单元的节点总数几何数据X(NP)节点X坐标数组Y(NP)节点Y坐标数组Z(NP)节点Z坐标数组ME(ND,NE)单元节点信息存储矩阵ME(1,NE)存储杆件始端节点号ME(2,NE)储存杆件末端节点号RR(2,NR)结构约束信息矩阵RR(1,NR)存放受有约束的节点号RR(2,NR)存放节点位移约束情况单元特征数据AE(2,IN)单元特征数类数组AE(1,IN)单元
2、的弹性模量AE(2,IN)单元的横截面面积NAE(NE)单元特征类信息存储数组荷载数据PF(4,NCF)外荷载信息数组PF(1,NCF)存放外荷载作用的节点号PF(2,NCF)存放X方向的外荷载PF(3,NCF)存放Y方向的外荷载PF(4,NCF)存放Z方向的外荷载输出数据位移DIST(NPF)节点位移数组DIST(NF*I-2)存放I节点X方向的位移DIST(NF*I-1)存放I节点Y方向的位移DIST(NF*I) 存放I节点Z方向的位移力SG(NE)单元内力数组SM(NE)单元截面应力数组FL(NF*NR)支座反力数组FL(NF*I-2)存放受约束的I节点X方向的反力FL(NF*I-1)存
3、放受约束的I节点Y方向的反力FL(NF*I)存放受约束的I节点Z方向的反力中间变量NPF=NF*NP二维总刚度矩阵的最大行数NDF=ND*NF一个单元的自由度总数(2*3=6)IN单元特征类总数AKE(2,2)单元在局部坐标系中的刚度局矩阵BL杆件单元长度T(2,6)坐标转换矩阵TAK(6,6)单元在总体坐标系中的刚度矩阵IT(NF,NP)节点联系数组LMT(NDF,NE)单元联系数组MAXA(NPF)结构二维总刚度矩阵主对角元地址数组NWK结构一维总刚度矩阵的总容量CKK(NWK)结构一维总刚度矩阵NN结构矩阵方程的方程总数(去掉约束)NNMNNM=NN+1V(NN)已知节点荷载列阵数组,回
4、代完成后为存放结构位移PP(NPF)所有节点荷载列阵数组2、空间桁架结构有限元分析程序源代码!主程序(读入文件,调用总计算程序,输出结果)CHARACTER IDFUT*20,OUTFUT*20WRITE(*,*) Input Data File name:READ (*,*)IDFUTOPEN (11,FILE=IDFUT,STATUS=OLD)WRITE(*,*) Output File name:READ (*,*)OUTFUTOPEN(12,FILE=OUTFUT,STATUS=UNKNOWN)WRITE(12,*)*WRITE(12,*)* Program for Analysis
5、of Space Trusses *WRITE(12,*)* School of Civil Engineering CSU *WRITE(12,*)* 2012.6.25 Designed By MuZhaoxiang *WRITE(12,*)*WRITE(12,*) WRITE(12,*)* WRITE(12,*)*The Input Data* WRITE(12,*)*WRITE(12,100)READ(11,*)NF,NP,NE,NM,NR,NCF,NDWRITE(12,110)NF,NP,NE,NM,NR,NCF,ND100 FORMAT(6X,The General Informa
6、tion/2X,NF,5X,NP,5X,NE,5X,NM,5X,NR,& 5X,NCF,5X,ND)110 FORMAT(2X,I2,6I7)NPF=NF*NPNDF=ND*NFCALL ANALYSE(NF,NP,NE,NM,NR,NCF,ND,NPF,NDF)END!*!总计算程序SUBROUTINE ANALYSE(NF,NP,NE,NM,NR,NCF,ND,NPF,NDF) DIMENSION X(NP),Y(NP),Z(NP),MM(NE),ME(ND,NE),IT(NF,NP),RR(ND,NR), NAE(NE),& AE(1,2),PF(4,NCF),LMT(NDF,NE),M
7、AXA(NPF),CKK(1000),V(NPF),DIST(NPF),& PP(NPF),FF(NPF),SG(NE),SM(NE)READ(11,*)(X(I),Y(I),Z(I),I=1,NP)READ(11,*)(MM(I),ME(1,I),ME(2,I),NAE(I),I=1,NE)READ(11,*)(RR(1,J),RR(2,J),J=1,NR)READ(11,*)(AE(1,J),J=1,2)WRITE(12,120)WRITE(12,121)(I,X(I),Y(I),Z(I),I=1,NP)WRITE(12,130)WRITE(12,131)(MM(I),ME(1,I),ME
8、(2,I),NAE(I),I=1,NE)WRITE(12,140)WRITE(12,141)(INT(RR(1,J),RR(2,J),J=1,NR)WRITE(12,150)WRITE(12,151)(AE(1,J),J=1,2)IF(NCF/=0)THENREAD(11,*)(PF(I,J),I=1,4),J=1,NCF)WRITE(12,160)WRITE(12,161)(INT(PF(1,J),PF(2,J),PF(3,J),PF(4,J),J=1,NCF)ENDIF120 FORMAT(/6X,The Information of Joints/2x,Joint,5X,X,5X,Y,5
9、X,Z)121 FORMAT(1X,I4,3F8.1)130 FORMAT(/6X,The Information of Members/2x,Member,2X,START,4X,END,6X,NAE)131 FORMAT(1X,I4,3I8)140 FORMAT(/6X,The Information of SUPPORTS/2x,Joint,5X,S)141 FORMAT(1X,I4,F8.3)150 FORMAT(/6X,The Information of Sections/4x,E0,8X,A0)151 FORMAT(1X,1PE8.2,F8.4)160 FORMAT(/6X,Th
10、e Loading at Joints/2x,Joint,5X,FX,5X,FY,7X,FZ)161 FORMAT(1X,I4,3F8.2)CALL FLMT(NP,NE,NN,NNM,NR,RR,ND,NF,NDF,ME,IT,LMT)CALL FMAXA(NNM,NE,LMT,MAXA,NWK,NPF,NDF)CALL LP(V,PP,IT,PF,NN,NCF,NF,NP,NPF)CALL CONKB(NP,NE,NM,NWK,ME,X,Y,Z,AE,NAE,LMT,MAXA,CKK,NNM)ISH=1CALL LDLT(CKK,MAXA,NN,ISH,IOUT,NWK,NNM)CALL
11、REBACK(CKK,V,MAXA,NN,NWK,NNM)CALL DISPLS(NP,NE,NPF,NM,NN,IT,V,DIST,AE,NAE,X,Y,Z,PP,FF,SG,SM,ME,NR,RR,NF) END!*!矩阵转置子程序SUBROUTINE MAT(M,N,A,B) DIMENSION A(M,N),B(N,M) DO I=1,M DO J=1,N B(J,I)=A(I,J) END DO END DORETURNEND!单元刚度矩阵的形成SUBROUTINE FKE(NP,NE,NM,IE,X,Y,Z,ME,NAE,AE,AKE) DIMENSION X(NP),Y(NP),
12、Z(NP),ME(2,NE),NAE(NE),AE(2,NM) ,AKE(2,2) N1=ME(1,IE) N2=ME(2,IE) X1=X(N1);Y1=Y(N1);Z1=Z(N1) X2=X(N2);Y2=Y(N2);Z2=Z(N2) BL=SQRT(X2-X1)*2+(Y2-Y1)*2+(Z2-Z1)*2) NMI=NAE(IE) E0=AE(1,NMI);A0=AE(2,NMI) C=E0*A0/BL AKE(1,1)=C AKE(1,2)=-C AKE(2,1)=-C AKE(2,2)=CRETURNEND!单元坐标转换矩阵 SUBROUTINE FT(IE,NP,NE,X,Y,Z,
13、ME,T) DIMENSION X(NP),Y(NP),Z(NP),ME(2,NE),T(2,6) T=0 N1=ME(1,IE);N2=ME(2,IE) X1=X(N1);Y1=Y(N1);Z1=Z(N1) X2=X(N2);Y2=Y(N2);Z2=Z(N2) BL=SQRT(X2-X1)*2+(Y2-Y1)*2+(Z2-Z1)*2) CX=(X2-X1)/BL CY=(Y2-Y1)/BL CZ=(Z2-Z1)/BL T(1,1)=CX;T(2,4)=CX T(1,2)=CY;T(2,5)=CY T(1,3)=CZ;T(2,6)=CZ RETURNEND!生成单元联系数组LMT SUBROU
14、TINE FLMT(NP,NE,NN,NNM,NR,RR,ND,NF,NDF,ME,IT,LMT) DIMENSION IT(NF,NP),LMT(NDF,NE),ME(ND,NE),RR(2,NR) NN=0;NNM=0;IT=0;LMT=0 N=0 DO I=1,NP C=0 DO K=1,NR KR=RR(1,K) IF(KR.EQ.I) C=RR(2,K) ENDDO NC=C !NC=0,提取了整数部分 C=C-NC !C=0.*,例如C=0.111 DO J=1,NF C=C*10.0 !例如C=1.21 L=C+0.1 !提取C整数部分,例如L=1,即提取了约束RR(2,K)十分
15、位 !上的数字,这里+0.1是为了防止四舍五入是出现错误 C=C-L IF(L.EQ.0)THEN N=N+1 IT(J,I)=N ELSE IT(J,I)=0 ENDIF ENDDO ENDDO NN=N NNM=NN+1 DO IE=1,NE DO I=1,ND NI=ME(I,IE) DO J=1,NF LMT(I-1)*NF+J,IE)=IT(J,NI) ENDDO ENDDO ENDDO RETURNEND!二维总刚中对角线元地址数组SUBROUTINE FMAXA(NNM,NE,LMT,MAXA,NWK,NPF,NDF) DIMENSION MAXA(NPF),LMT(NDF,NE
16、) MAXA=0;NWK=0 MAXA(1)=1 DO I=2,NNM IP=I-1 IG=IP DO IE=1,NE DO J=1,NDF IF(LMT(J,IE).EQ.IP) THEN DO K=1,NDF IF(LMT(K,IE).GT.0.AND.LMT(K,IE).LE.IG) IG=LMT(K,IE) ENDDO END IF ENDDO ENDDO MAXA(I)= MAXA(I-1)+IP-IG+1 ENDDO NWK= MAXA(NNM)-1 RETURNEND!生成一维存储结构总刚度矩阵SUBROUTINE CONKB(NP,NE,NM,NWK,ME,X,Y,Z,AE,N
17、AE,LMT,MAXA,CKK,NNM) DIMENSION CKK(NWK),X(NP),Y(NP),Z(NP),AE(2,NM),NAE(NE),LMT(6,NE),ME(2,NE),& MAXA(NNM),AK(6,2),AKE(2,2),T(2,6),TT(6,2),TAK(6,6) CKK=0 DO 10 IE=1,NE TAK=0 CALL FKE(NP,NE,NM,IE,X,Y,Z,ME,NAE,AE,AKE) CALL FT(IE,NP,NE,X,Y,Z,ME,T) CALL MAT(2,6,T,TT) AK=MATMUL(TT,AKE) TAK=MATMUL(AK,T) !总
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