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

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。

作者:林士傑