博客园_读来du往de猫的世界

【转载】四大开源3d游戏引擎探究

2011-12-07T15:44:00Z

原文地址：http://blog.csdn.net/darrenc/article/details/3929920

本人水平有限，只对于长久以来研究的几个经典3d游戏引擎的设计思想、程序架构和应用行深入剖析的结果与游戏开发同行分享，文档有不妥之处请指出，期待我们的共同进步。
引擎名称：
1.       orge(鬼怪)
2.       Irrlicht（鬼火），
3.       Nebula(星云)
4.       klayGE（。。）

前言：目前，开源3d游戏引擎已经趋近于商业化引擎标准，许多引擎在图形渲染，内存分配，网络通讯方面甚超越了许多商业引擎。这些开源引擎的共同特点是这样的：
（1）引擎框架：多数的3d引擎框架为树形结构。框架最为清晰、经典的游戏引擎是Nebula星云引擎。父子节点构成了整个框架的层次，首先nebula有一个叫nRoot的类,它是所有对象类的基类,nRoot中有一个名字变量,有一个parent指针指向它的父结点,
　　还有一个childlist链表保存它所拥有的子结点.因为结点也是nRoot类,所有结点的子结点中也可能有子结点,
　　这样就形成了一个树形目录结构.nRoot中有一个nRoot* Find( const char* name )方法,功能很简单,就是遍历自已的
　　childlist链表对比每一个nRoot结点对象的名字,如果相同就返回些对象的指针.。其他引擎也有类似的框架，比如orge的root根节点下面子节点代表每一个功能模块。

（2）内存管理：多数采取引用计数模式（引用计数为每当初始化一个指针，在函数运行完毕后自动释放，并且把这个过程进行计数）这样的好处在于对于项目的可控性很有保障，避免内存泄漏，重命名对象等。但是这种
（3）图形处理：多采取三个经典模块：场景管理器，资源管理器，渲染器。这种划分模式以orge鬼怪引擎和irrlicht鬼火引擎最为典型。先进的引擎还配有一套专门从事对于图形编程的脚本语言。比如orge内置一套脚本，可以控制场景管理器，资源管理器的图形参数及图形算法进行编辑，这样可以跳过c++繁冗的程序编写过程和漫长的项目编译时间而直接运行察看修改后程序的效果。当然，这种脚本语言模式有些效仿目前最著名的商业游戏引擎unreal3虚幻3引擎。关于场景的图形算法大多数采用8叉树与bsp（二叉空间分割）方法，支持大游戏场景的局部渲染功能。
（4）跨平台性：
本文要介绍的4个3d引擎都具有跨平台开发性能，一般可以支持多种操作系统和开发工具，比如windous下的vs.net，linux下的codewarrior等。而且像irrilicht鬼火这种引擎还支持多种语言，vc，vb等，但是目前版本其本身并无脚本可用。这些引擎还支持多种底层图形api，比如 dx，opengl等。开发者可以随意选择熟悉的3d渲染api来驱动游戏程序。注意：KlayGE是本文唯一入选的国产引擎，但该引擎没有支持多api 渲染机制，底层图形方面只是用opengl实现。
（5）网络部分功能较差：目前说到的几个引擎在网络方面都不是很强大，比如著名的orge引擎就是专注的图形引擎，不具备服务器-客户端的网络工作模式。目前，只有北京涂鸦产的起点引擎在网络方面在国产引擎中可以算是比较出色。值得一提的是在网络方面比较强大的商业引擎目前最火的就是bigworld，如果利用适当的渲染算法该引擎可以轻松支撑上百人的在线pk。
（6）可接收多种 3d美术资源，比如鬼火引擎可以接受Maya，3DStudio Max，COLLADA，DeleD，Milkshape，Quake 3 levels，Quake2 models，DirectX，Pulsar，My3DTools，FSRad以及Cartography Shop工具导出的资源。但是orge可接受的种类要更多。支持骨骼动画和关键贞动画两种经典动画形式。

好了，目前我们基本了解了市面上著名的3d引擎的基本共同点，那么下面就列举以下他们的特性及优缺点。
1．Orge鬼怪：
优点：

（1）强悍的图形渲染质量。该引擎的粒子系统很强，制作的光影，雾化效果极佳，图形方面全面超过torque,朱比特等普通商业引擎的能力。
（2）高效的图形编程机制。内置的特殊脚本语言，并且具有可视化的编辑工具，可以直接进行外部数据修改，内部调试。
缺点：

（1）网络部分的空白
（2）高度计算量和高精度的渲染模式，使得内存和显存的压力都很大，做出的程序整体效率不高。没有相关随着硬件加速调整渲染算法和参数的api。
2．Irrlicht鬼火:
优点：

（1）精悍的引擎框架，和orge及其相似。
（2）高质量的图形渲染，虽然没有orge的质量优越，但是比起一般的商业引擎仍然略胜一筹。
（3）清晰单一的c++语言实现使得引擎没有繁冗庞大的外部脚本编译器。
（4）支持根据硬件加速调整渲染模块的参数和算法的机制。整体程序会跑得很快流畅，但是画质降低。牺牲画质来保证性能。
缺点：

（1）缺乏高效开发的脚本。无法像orge那样高质量高效率的进行图形编程。
（2）相对其它游戏引擎鬼火的框架可扩展性不强，设计模式相对单调而简洁。
（3）支持图形算法单一，比如骨骼动画多贴图需要很麻烦的过程。

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Peach测试2

2011-06-23T15:26:00Z

2011-06-23T15:26:00Z2011-06-23T15:26:00Z斌伯http://www.cnblogs.com/alonecat06/

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几何非线性中的几个重要概念

2011-06-21T16:36:00Z

有待补全：

大变形

大转动

拉格朗日列式

线弹性刚度阵

几何刚度阵

大位移刚度阵

求解方法上的弧长法

李文雄 23:26:01
先理解一下几何非线性吧
李文雄 23:26:31
然后才到连接、塑性铰、几何缺陷、残余应力。。。。。。

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《工程结构优化设计基础》总结

2011-06-20T14:56:00Z

该书是大连理工程耿东院士上世纪八十年代写的教材。香港科技大学的陈俊文教授推荐，现在终于看完了，总结如下：

全书分为五章，主要涵盖准则法、数学规划法两方面。

第一章，结构优化的基本概念

主要介绍结构优化的基本概念，可行域的凹凸性，以及求解的基本思路。

第二章，准则设计法
首先介绍得“同步失效准则设计”，这是一个比较直觉的优化策略，通过例题，总结出该设计法则的缺点：1）只能处理简单元件；2）当约束数大于设计变量数，要确定破坏模式；3）不保证最优解。

而在“同步失效准则设计法”的基础上，思路是用一个准则代替求目标函数最大值，推广出“满应力设计准则”。并通过对静定桁架优化的例题，说明了该准则也不保证最优解。之后通过满应力步、射线步的结合，产生了“满应力齿行法”，改进算法使其能够更接近最优解。并支持射线步相当于数学规划法中的可行性调整。

接下来介绍了有严谨数学推导的理性最优化准则——库--塔克必要条件。首先给出多元函数取极小值，函数梯度为0是必要条件，加上函数二阶导数（海森矩阵）正定为充分条件。而对于受到等式约束的多元函数，使用拉格朗日乘子法。拉格朗日函数梯度为0，满足等式约束，是目标函数极小的必要条件。接下来，对于受不等式约束的多元函数，引出了其最优化的必要条件——库--塔克条件：拉格朗日函数对设计变量去导数为0、拉格朗日函数对乘子取导数小于等于0、乘子与约束函数乘积为0、乘子大于等于0。提出了目标函数的负梯度是最优点有效约束梯度的非负线性组合（因为拉格朗日乘子非负）

接下来介绍实际应用，首先是“受到单个位移约束的优化准则”，提出单工况，单个位移约束的桁架优化问题。按照库--塔克条件推导出相应的拉格朗日函数，并讨论了最优化准则的物理意义，指出所有主动变量的虚应变能都相等，满应力其实是满应变能。

接下来介绍了整个最优准则迭代法的整个过程。首先介绍了静定桁架的设计，其难点是区分主动和被动变量，需要通过单独的一个迭代来对设计变量进行划分。而对于超静定桁架，对于依赖设计变量的莫尔公式位移系数采取在每个迭代过程中近似看作常数，接下来同样是对变量进行主被动划分，然后进行优化。

接着介绍了结构反应的灵敏度分析，探讨的位移对截面积的梯度（介绍了虚荷载法和拟荷载法，但不是太理解）、应力对截面积的梯度、固有频率对截面积的梯度和屈曲临界荷载对断面积的梯度。并介绍了结构反应梯度的应用——提供一个改进设计的信息、方向。

最后介绍了实际应用中较为常见的“多工况、多约束下的优化准则法”。首先是多位移约束，这方面的困难有：1）区分有效无效约束；2）区分主被动设计变量；3）求解包含乘子的一组非线性方程组。接下来讨论包络法（单独考虑每一个约束求变量，再取各个结果中最大的），最严约束法（从众多约束中挑选最严约束，射线步进行可行性调整），Khot算法（提出容差带来确定有效和无效约束）。最后对于非线性程度很高的带频率禁区优化问题使用拉格朗日乘子法进行了计算。

第三章数学规划法
首先概述了数学规划问题的提法，并对数学规划进行了分类。

按约束的有无分为约束最优和无约束最优，而仅对设计变量有约束的记为准无约束最优问题；

如目标函数及约束函数均为线性函数，则称为线性规划，否则称为非线性规划；

目标函数及约束函数均为凸函数则为凸规划，凸规划中二次规划（目标函数半正定的二次型，约束函数为线性）和可分离凸规划（海森矩阵对角，对偶规划中常见）亦可分为整数规划、随机规划、几何规划。

接下介绍了数学规划的求解方法，包括对线性规划的单纯形法，两相法单纯形法（从一可行解开始设计），对偶规划（对问题进行转换），几何规划和动态规划。

对于最简单的问题——无约束最优化问题，又可以按是否利用梯度信息进行分类。不利用梯度的算法包括0.618法、单纯形法（不同于前面的单纯形法，之间的关联还在寻找）、Powell方法、随机搜索。利用梯度又分为仅利用梯度的最速下降、共轭梯度和一维搜索中的两分法、弦线法；利用梯度以及二阶导数的牛顿法。

对于约束的处理，又分为直接处理法，将约束考虑进来，包括梯度投影法、可行方向法、最佳矢量法、复形法等；和转换法，将约束规划转化成无约束规划，包括罚函数法、碰壁函数法等。序序列近似规划算法，序序列二次规划算法，序列线性规划算法等是将原受约束的非线性规划问题转换成较为简单的受约束数学规划问题来处理。

第二节介绍了基本的下降算法，收敛速度和停止准则。

首先给出下山方向的充要条件——目标函数梯度与探索方向的点积小于0（这与库--塔克条件中关于负梯度为探索方向非负线性组合是相应的），并给出了下降算法的迭代步骤，第k次迭代的探索方向应该与第k+1次迭代处的目标函数梯度正交。

接下来讲到评级算法好坏的收敛速度，常用包括线性、超线性和α阶收敛。

最后是停止准则，包括检查目标函数梯度是否足够小，检查前后两次迭代所得设计点间的距离是否足够小，前后两次迭代目标函数值下降的相对值是否足够小。

第三节介绍一维搜索

首先是利用一阶、二阶导数的牛顿--芮弗逊迭代法，α2=α1-φ'(α1)/φ''(α1)；

利用一阶导数的两点法，α3=α2-ρ(α2-α1), 在α1、α2、α3中进行选择，α1、α2中的一个；

同样是利用一阶导数的弦位法，同两点法，ρ取φ'(α2)/(φ'(α2) - φ'(α1))；两分法，ρ取0.5；

上述三个只利用一阶导数的方法，须首先找到合适区间，使φ'(α2) · φ'(α1) < 0，这证明区间中可以有极值。

最后介绍只用目标函数信息的0.618法。

第四节介绍无约束的单纯形法

单纯形，即n维空间中由n+1个不同顶点组成的多面体，如各边相等，即为正单纯形。所谓单纯形优化方法，就是计算目标函数值选择比较出其中的好点和坏点。可以通过改变初始单纯形的形式、将反射中心由单纯的形心变为形心与权重的乘积。

第五节无约束的梯度算法

最速下降法

探索方向取目标函数的负梯度方向，迭代过程与第二节的下降法相同。前后两次探索方向点积为0，即相互垂直，对于目标函数等值线偏心显著的问题，效率很低。其缺点：1）即使正定二次型目标函数，也要经过多次迭代；2）每次迭代并不利于以前计算的信息；3）收敛性与目标函数很有关系，如果目标函数等值线接近圆形，收敛快，而偏心率比较大，设计点沿之字移动，效率较低。

牛顿--芮弗逊算法

第k+1次迭代x(k+1)为x(k)减去第k次迭代目标函数海森矩阵的逆与目标函数梯度的乘积。探索方向S(k)为第k次迭代目标函数海森矩阵的逆与目标函数梯度的乘积的负数，这样可以利用基本下降算法的框图，取α(k)=1不需要再进行一维搜索。如果目标函数满足一定性质，初始解足够接近最优解，牛顿法的收敛速度是二阶的。

牛顿法有可能失效，其原因：1）海森矩阵的逆存在，但沿探索方向S(k)步子太多导致f(x(k+1)) > f(x(k))；2）探索方向S(k)与目标函数梯度正交；3）海森矩阵的逆存在但非正定，探索方向S(k)并不给出下山方向；4）海森矩阵的逆不存在。

针对步长太大，一维搜索探索步长α(k)；海森矩阵负定时，S(k)给出上山方向，取探索方向-S(k)；对于海森矩阵为奇异或探索方向S(k)与目标函数梯度正交，采用最速下降法的迭代公式。通过如此修改，得到修正的牛顿法。

对比最速下降法和牛顿法，发现搜索方向S(k)计算公式相差一个海森矩阵的逆，可以理解通过海森矩阵对目标函数的等值线进行了“圆化 ”。

梯度法的实质：从给定设计点x(k)，寻找一个“最优”的下山方向，即最小化探索方向与目标函数梯度的点积（探索方向S(k)长度一定）。通过拉格朗日乘子法得出这个最小值的解为S(k)=-▽f(x(k))。当M取I时，即以欧几里德度量探索方向S(k)的长度，这样就得出最速下降法公式；M取海森矩阵，得到牛顿法公式。只要M为正定矩阵，S(k)为下山方向。设法将取为海森矩阵逆阵的近似，称之为拟牛顿法。而由于设计空间中的长度度量尺度发生变化，也称之为变尺度法。这个近似海森矩阵Hp的需要满足一定条件：1）近似矩阵为正定阵；2）拟牛顿条件Hp(k+1) (▽f(x(k+1))-▽f(x(k))) = (x(k+1) - x(k))；3）近似矩阵的计算应尽量简单，充分利用以前迭代的信息，即Hp(k+1) = Hp(k) + E(k)（可使用DFP法和BFGS法，跟解非线性方程组相通）。

第六节求解受约束非线性规划的原方法

处理约束时，可以直接跟约束打交道，这叫直接方法或原方法。

梯度投影法

设计点x(k)落在前Q个约束曲面相交的超平面上，探索方向为S(k) = -▽f - ∑λ(q)▽h(q)，亦即S(k) = -▽f - λ。N(Q)为{▽h(1) ▽h(2) ...... ▽h(Q)}T。利用S(k)与▽h(i)正交，解出λ=-N(Q)▽f，则S(k) = -[I -N(Q)]▽f。

梯度投影法与库--塔克条件是紧密相连的，在最优点，由梯度投影法得出的系数λ(j)就是库--塔克条件中的拉格朗日乘子；在非最优点，有梯度投影法得出的是拉格朗日乘子的近似值。

梯度投影法的几个问题：

1）有效约束。通过迭代挑选有效约束，首先假定约束有效，通过-N(Q)▽f计算λ(q)，如得出λ(q)<0则约束无效，剔除后重新迭代。需要注意的是该方法只是直觉迭代，不保证收敛。

2）探索步长α(k)。α(k) = min{}

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【转载】p-δ效应和P-Δ效应

2011-05-19T14:33:00Z

http://blog.163.com/prevBlogPerma.do?host=yanlipeng006&srl=31802320200892911287121&mode=prev

一、混凝土结构的二阶效应

混凝土结构的二阶效应应由两部分组成：p-δ效应和P-Δ效应。

p-δ效应是指由于构件在轴向压力作用下，自身发生挠曲引起的附加效应，可称之为构件挠曲二阶效应，通常指轴向压力在产生了挠曲变形的构件中引起的附加弯矩，附加弯矩与构件的挠曲形态有关，一般中间大，两端部小。

P-Δ效应是指由于结构的水平变形而引起的重力附加效应，可称之为重力二阶效应，结构在水平力（风荷载或水平地震力）作用下发生水平变形后，重力荷载因该水平变形而引起附加效应，结构发生的水平侧移绝对值越大，P-Δ效应越显著，若结构的水平变形过大，可能因重力二阶效应而导致结构失稳。

1.重力二阶效应（P-Δ效应）计算

计算P-Δ效应的近似方法有等效几何刚度的有限元法、等效水平力的有限元迭代法、折减弹性抗弯刚度的有限元、结构位移和构件内力增大系数法等。

1）等效几何刚度的有限元法

在不考虑P-Δ效应影响时，是在结构的初始拓扑关系基础上建立结构的平衡方程。一般可记为：[K]{u}=[F]

考虑P-Δ效应影响时，对于结构的任一节点j，因P-Δ效应而引起的Mj=Gjuj，相应的等效附加水平力为Vj= 。对于所有节点，则形成一个等效附加水平分力向量。

可以看出，考虑P-Δ效应相当于结构的初始刚度矩阵[K]修改为等效刚度矩阵[K-KG]。新规范版的SATWE、 TAT、PMSAP等软件都采用了等效几何刚度的有限元法，这种方法具有一般性，它既适用于采用刚性楼板假定的结构，也适用于存在独立弹性节点的结构。与不考虑P-Δ效应的分析结果相比，结构的周期、位移和构件的内力都有所不同。

2）折减弹性抗弯刚度的有限元法

折减弹性抗弯刚度的有限元法是今年来美国、加拿大等国设计规范推荐的一种考虑效益方法。这种分析方法的基本思路是采用折减等效刚度，近似的考虑钢筋混凝土结构中各类构件在极限状态时因开裂而导致刚度减小现象，使分析结果与设计状态尽可能一致。

《混凝土结构设计规范》引进该方法，第7.3.12规定，当采用考虑二阶效应的弹性分析方法时，宜在结构分析中对钢筋混凝土构件的弹性抗弯刚度乘以一下折减系数：梁取0.4，柱取0.6，对未开裂的剪力墙和核心筒取0.7，对已开裂的剪力墙和核心筒壁取0.45。

弹塑性阶段结构刚度的衰减是十分复杂的，采用统一的刚度折减系数，仅仅可能近似的反映在极限状态下结构整体的、宏观的性能，但很难真实的反映结构在极限状态下的刚度变化规律，特别是内力变化规律。而且，结构刚度折减后，按照目前的《建筑抗震设计规范》规定的反应谱方法计算的地震力随之减小，构件之间的内力会产生不同的分配关系，另外，结构位移控制条件也不明确，因为弹性位移和弹塑性位移的控制条件相差很大。鉴于上述原因，在目前的SATWE、TAT、PMSAP等软件中，都未提供折减弹性抗弯刚度的有限元法。

3）结构位移和构件内力增大系数法

增大系数法是一种简单可行的考虑重力二阶效应的方法。这类方法是对不考虑重力二阶效应的分析结果（结构位移、构件弯矩和剪力），乘以增大系数，近似考虑重力二阶效应的影响。

《高规》第5.4.2条和5.4.3条规定，高层建筑结构的重力二阶效应，可采用弹性方法进行计算，也可采用对未考虑二级效应的计算结果乘以增大系数的方法近似考虑，并建议了结构位移增大系数，以及结构构件弯矩和剪力增大系数。

《建筑抗震设计规范》第3.6.3的条文说明中也给出了以楼层稳定系数表达的内力增大系数计算公式。

目前的SATWE、TAT、PMSAP等软件中，都未提供楼层内力和位移增大系数法。

4）等效水平力的有限元迭代法

这种方法的基本思路是：根据楼层重力荷载，以及楼层在水平荷载作用下产生的层间位移，计算出考虑效应的近似等效水平荷载向量，然后，对结构的有限元方程进行迭代求解，直到迭代结果收敛，得到最终的位移和相应的构件内力。

这种方法计算效率不如等效几何刚度的有限元法，因为要对每一个水平荷载作用工况（或组合）进行迭代求解。89规范版的SATWE、TAT软件是采用这种方法考虑P-Δ效应影响的。

2构件挠曲二阶效应（p-δ效应）计算

1）《混凝土结构设计规范》建议的方法

混凝土规范7.3.9和7.3.12条建议了两种方法：

第一种方法是采用考虑二阶效应的弹性分析方法（即折减弹性抗弯刚度的有限元法，见上文的讨论），直接计算出结构构件各控制截面包括弯矩设计值在内的内力设计值，并按相应的内力设计值进行各构件的截面设计，不再考虑受压构件的偏心距增大系数η;

第二种方法即偏心距增大系数法。当偏心受压构件的长细比l/r<17.5是认为是短柱，可以忽略二阶效应的影响，当偏心受压构件的长细比l/r>17.5时，在确定偏心受压构件的内力设计值时，可以近似考虑二阶弯矩对轴向压力偏心距的影响，将轴向压力对截面中心的处事偏心距e乘以第7.3.10条规定的偏心距增大系数。

按照《混凝土设计规范》第7.3.9条和第7.3.10条的条文说明解释，偏心距增大系数η反映了偏心受压构件达到其最大轴向压力时的“极限曲率”所对应的偏心距增大系数，综合反映p-δ效应和P-Δ效应。从7.3.10条的公式可以看出偏心距增大系数η对p-δ效应反映比较充分，但η与水平荷载作用下结构发生的侧移绝对值大小无关，由偏心距增大系数η很难真实的反映P-Δ效应影响。

2）《建筑抗震设计规范》建议的方法

《建筑抗震设计规范》第3.6.3条的条文说明中给出了以楼层稳定系数θ表达的内力增大系数计算公式（在上文已有提及），在第3.6.3条的条文说明中还特别强调，混凝土柱考虑多遇地震作用产生的重力二阶效应的内力时，不应与混凝土规范承载力计算时考虑的重力二阶效应重复。这里体现了综合考虑p-δ效应和P-Δ效应的思想

3）《高规》的建议

对于一般的高层建筑结构，由于结构侧移相对较大，约为楼层层高的1/3000~1/500，P-Δ效应相对较为显著，而构件的长细比不大，其p-δ效应相对较小，一般可以忽略不计。《高规》宣贯培训教材建议:为保证设计安全，不论是否考虑了P-Δ效应，对长细比大于 17.5的偏心受压构件，计算其偏心受压承载力时，仍按照《混凝土设计规范》的规定考虑偏心距增大系数η。

3程序采纳的方法

可以看出，《混凝土结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》建议的方法都是将P-Δ效应和p-δ效应放在一起考虑的，而高规的要求则体现了分别计算P-Δ效应和p-δ效应的思想。

由于综合考虑P-Δ效应和p-δ效应的方法目前还存在不少问题，在几本规范都未明确，还需要深入研究，目前的程序是按照高规的规定执行的，将P-Δ效应和p-δ效应区分开，分别考虑，采用等效刚度的有限元法近似计算P-Δ效应，采用偏心距增大系数法近似计算偏心受压细长柱的p-δ效应。

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【转载】[教程]OpenSEES超简单易懂的入门第一课

2011-01-08T07:28:00Z

转载一下华南理工陈学伟博士关于OpenSEES的教程，呵呵。

陈博士还搞了OpenSEES的中国区论坛，http://www.opensees.org/index.php，不错的。

现在很多研究生学习OpenSEES这个程序，非常地火。OpenSEES是美国伯克利大学又一个成功的程序。正确的简写是OpenSEES，"pen" 是小写的，呵呵。OpenSEES我也学得不好，但有网友要求我写一个简单的操作过程，我觉得应没多大问题，但是有个要求，请高手不要拍砖！献丑了。
一般在我的博客可以下载到OpenSEES，网址是：http://www.dinochen.com/article.asp?id=21
下载下来就以下几个文件，有范例，程序及说明书，这几个不到30MB的程序就可以完成非线性分析，是不是很神奇呢？
（1）安装文件：
OpenSEES要安装的文件只有一个，就是ActiveTcl8.4.6.1-win32-ix86-99631.exe。双击它进行安装，不断地按NEXT就可以装完了，如图所示。

（2）打开OpenSEES：
OpenSEES.exe文件是不需要安装的，它是一个基于tcl的Dos窗口程序，双击打开，如图所示。不像现在的商业软件，一打开就是图形界面，这一点很多研究生接受不了，但对于早期接触有限元或电脑的人一点都不陌生。如以前的3DS，AutoCAD的第一个版本就是Dos程序，Abaqus 1.0与Sap4都是Dos程序，就是通过如下窗口输入命令流的。当然，学习OpenSEES的人不需要一个个字打命令流进去，这个容易出错，我们可以学习Ansys做法，把ADPL写到一个文本文件然后Load进去。正是这样，以下的方法就是：先写tcl文件，再Load进OpenSEES做计算。

（3）创建OpenSEES工作目录：
由于OpenSEES的程序非常小，不到5MB，可以在电脑里拖来拖去，我们可以创建一个新的文件夹，只放一个OpenSEES.exe，如下较长所示。再创建一个空的文本文件(txt)，右键创建就可以了。改名为test.tcl，然后用文本编辑器打开，文本编辑器，我建议采用UltraEdit，速度快且功能多。

（4）编写一个简单的OpenSEES的tcl脚本：
编写tcl脚本，需要打开OpenSEES的帮助手册，一步步按照手册来建模。所谓的建模，就是打命令流。帮助文件打开后如图所示。

里面的建模命令都在这里面，点击后可以看到所有的步骤，从系统设置——结点——质量——材料——截面——单元——支座——荷载——分析工况——分析参数——分析，全过程。
以下我写一个简单的tcl文件，一边解说。
字体太小看不清，可以下载代码：点击下载此文件

字体太小看不清，可以下载代码：点击下载此文件
建模的内容是建一个柱子，一个侧向位移推它，Push-Over，得到基底剪力与顶部位移的曲线。模型的示意图如图所示,纤维截面大体如下图所示。分析完成会得到两个数据结果文件，也就是Recorder记录的内容，如下。
recorder Node -file DFree.out -load -node 2 -dof 1 2 3 disp; # 记录顶点2的位移 1,2,3表示三个方向的平动自由度
recorder Node -file DFIX.out -load -node 1 -dof 1 2 3 reaction;# 记录底点1的反力 1,2,3表示三个方向的平动自由度

（5）结果后处理：
打开两个结果文件，发现记录是按列记录，如DFree.out的文本，第一列是荷载倍数，第二至第四列是位移UX,UY,UZ，我们将它们复制到 excel表格，分列一下，得到如下图所示的数据，将第一列的荷载倍数与UX的水平位移画图，就可以得到最简单的Push-Over曲线了，如下图所示。

（6）学习建议：
★多看一些关于非线性有限元与宏观单元理论的书与论文；
★多动手做一些小算例，练习一下OpenSEES的操作；
★更复杂的模型需要编程实现，尝试掌握编程语言；
★多多与别人交流，加入OpenSEES的群参与讨论，多关注俺的网站！

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【转载】一位院士——搞科研的几个条件

2011-01-08T07:08:00Z

1 绝对的自信

2 扎实的基础知识和广博的知识面

3 善于分析，敢于创新

4 对自己的研究领域要有长远的计划

5 耐得住寂寞

6 健康的体魄，坚韧的心理素质

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【转载】国外免费期刊全文数据库

2011-01-08T07:05:00Z

摘抄自：“上海探戈的学习BLOG”

http://blog.sina.com.cn/s/blog_4d4afb6d0100nesk.html

香港科技大学图书馆Dspace

http://repository.ust.hk/dspace

包括香港科技大学的学术论文、学位论文、研究报告等内容，均可免费获取全文。

Openj-gate
http://www.openj-gate.org/

提供4350种开放获取的期刊的数百万期刊全文文献。
加利福尼亚大学国际和区域数字馆藏
http://repositories.cdlib.org/escholarship/

加利福尼亚大学国际和区域数字馆藏研究项目。eScholarshipRepository主要提供已出版的期刊论文、未出版的研究手稿、会议文献以及其他连接出版物上的文章1万多篇，均可免费阅读。
剑桥大学机构知识库
http://www.dspace.cam.ac.uk/

由Cambridge University Library和University Computing Service维护，提供剑桥大学相关的期刊、学术论文、学位论文等电子资源。
发展中国家联合期刊库
http://www.bioline.org.br/

非营利的电子出版物服务机构，提供来自发展中国家（如巴西、古巴、印度、印尼、肯尼亚、南非、乌干达、津巴布韦等）的开放获取的多种期刊的全文。
美国密西根大学论文库
http://deepblue.lib.umich.edu/index.jsp

美国密西根大学论文库2万多篇期刊论文、技术报告、评论等文献全文。包含艺术学、生物学、社会科学、资源环境学等学科的相关论文，另还有博硕士论文。标识为OPEN的可以打开全文。

jfg
CERN Document Server
http://cdsweb.cern.ch/

主要覆盖物理学（particle physics）及相关学科，提供360,000多篇全文文献，包括预印文献、期刊论文、图书、图片、学位论文等等。

kl
ArXiv
http://arxiv.org/

ArXiv是属于Cornell University的非盈利教育机构，面向物理学、数学、非线性科学、计算机科学和定量生物学等学科提供16种免费电子期刊的访问。
NASA Technical Reports Server
http://ntrs.nasa.gov/?method=browse

主要是关于航空航天领域研究的科技报告和会议论文。
National Service Center for Environmental Publications
http://www.epa.gov/ncepihom/

National Service Center for Environmental Publications提供的是美国环境保护总署(EPA)出版物。可以通过EPA出版号或题名检索EPA National Publications Catalog。
Energy Citations Database
http://www.osti.gov/energycitations/

提供美国能源部的科技信息摘要。学科范围：材料科学、环境科学、计算机、能源和物理。文献类型包括期刊论文、学位论文、研究报告和专利。
网上免费全文期刊FullText http://www.freefulltext.com/
FreeFullText.com提供7000多种学术期刊的免费全文获取。
Open J-Gate 开放获取期刊门户
http://www.openj-gate.com/

提供基于开放获取的近 4000 种期刊的免费检索和全文链接，包含学校、研究机构和行业期刊，其中超过 1500 种学术期刊经过同行评议（ Peer-Reviewed ）
PMC(PubMed Centeral)
http://www.pubmedcentral.org/

美国NCBI（美国国家生物技术信息中心）建立的数字化生命科学期刊文献集，S现提供50余种生物医学期刊免费全文
DOAJ (Directory of Open Access Journals)

http://www.doaj.org/

免费的全文科技学术期刊。现有2752种期刊，其中830种可以全文搜索。目前有140307篇文章。
HighWire Press
http://intl.highwire.org

斯坦福大学图书馆的分支机构——HighWire出版社，拥有最大的免费期刊数据库，可以在线提供916种免费期刊和1，149，216篇全文
University of Tennessee, Knoxville
http://diglib.lib.utk.edu/utj/jei-home.php

田纳西大学的经济学杂志，包括2000年至2002年三年共12期的免费期刊。
The Electronic Library of Mathematics
http://emis.math.ecnu.edu.cn/journals/

欧洲数学会电子图书馆，提供了期刊、会议、论文集、专著、演讲、软件等资源。并提供期刊和电子版图书的全文浏览。非电子版图书提供前言、摘要、目录和书评等内容。特别地，在经典著作栏目内，目前可检索到哈密尔顿和黎曼的经典论文的全文。
Science.gov http://www.science.gov/
美国“科学”网站收录内容以研究与开发报告为主，所有的信息均免费使用，也不必注册，但是通过这些站点链接的有些信息是限制使用或有条件使用的。
ERIC教育资源信息中心
http://www.eric.ed.gov/

美国教育部资助的网站系列和世界上最大的教育资源数据库，其中包括各种文档以及教育研究与实践方面的论文摘要，这些摘要超过了一百万篇，收录980多种教育及和教育相关的期刊文献的题录和文摘。部分资源可查找到全文
PLoS公共科学图书馆
http://www.plos.org/

PLOS是一家由众多诺贝尔奖得主和慈善机构支持的非赢利性学术组织，旨在推广世界各地的科学和医学领域的最新研究成果，使其成为一种公众资源，科学家、医生、病人和学生可以通过这样一个不受限制的平台来了解最新的科研动态。PLoS出版了8种生命科学与医学领域的期刊，可以免费获取全文。
Journal of Statistical Software
http://www.jstatsoft.org/

由美国统计协会出版的《统计软件杂志》，提供1996年至今20卷的内容。可以免费获取全文。
Social Science Research Network
http://www.ssrn.com/

社会科学（经济类）研究论文数据库，部分提供全文。
Max Planck Society
http://www.livingreviews.org

德国马普学会，该学会创办了3种开放存取杂志：

（1）Living Reviews in Relativity ISSN 1433-8351

http://relativity.livingreviews.org/

（2）Living Reviews in Solar Physics ISSN 1614-4961

http://solarphysics.livingreviews.org/

（3）Living Reviews in European Governance ISSN: 1813-856X

http://europeangovernance.livingreviews.org/
Networked Computer Science Technical Reference Library（NCSTRL）
http://www.ncstrl.org/

网络计算机参考图书馆，由文安德鲁梅隆基金会、联合信息网络、数字图书馆联盟、美国国家科学基金会等支持，英特网上开放式的计算机科学研究报告和论文库。提供高级检索和简单检索，原文格式需根据要求，下载相应的阅读器软件。
世界银行报告
http://www-wds.worldbank.org

汇集了27000篇银行报告

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与李文雄老师讨论学术研究

2010-12-10T16:23:00Z

李文雄 23:08:59
有什么进展了？
读来du往de猫 23:12:56
看了下相关的论文，抗震方面有以频率为目标函数，或者为约束，还有以结构应变能最大化的；
桁架的优化就很多，具体到动力学的也有，多少用GA的；而专门针对转换层的就很少。

李文雄 23:13:37
上次你那个非线性分析程序弄好了没有？
读来du往de猫 23:15:47
没有哦，现在还是停留在用牛顿法，还有就是能够读文件来计算多项式，弧长法还没有做，呵呵...
读来du往de猫 23:17:31
感觉桁架的优化分析已经很完善啦，在上面创新比较难...
读来du往de猫 23:22:27
我现在在准备形成文字写下来，看了些写研究计划的指引，大概了解到要包括论题引述，方法学，相关论文的引述等一些列的内容，我写好后你能帮忙看看写得怎样？
李文雄 23:22:51
哦
读来du往de猫 23:38:22
有个问题现在开始困扰我。
我之前一直以为会点编程会很受教授的欢迎，因为做研究少不了用计算机。我也可以自己编写些程序证明自己的能力的。康华也是这样说他们的老师挺喜欢会编程的学生，他举了个例是陈学伟。
但是通过联系教授，上留学论坛，与其他人交流，我慢慢觉得，会不会编程只是一个很次要的问题。不会可以边做边学，只要有这个兴趣就可以了。而什么做个UI，拉个控件什么的更是完全不重要。重要的还是回到做学术研究的能力，就是发现、分析、解决问题的能力。像陈学伟，他写得很多程序都是读写txt，还有些有限元的分析程序，研究对编程的要求就差不多了。
说是跨学科，但其实编程只是个工具，对做研究只是锦上添花的东西。最重要、核心的还是土木力学，有限元方面的东西。不知我说得对不对呢？
李文雄 23:40:52
对啊
读来du往de猫 23:45:09
那如何提高做学术研究的能力呢，就是看论文，教材么？
李文雄 23:46:25
那要长期积累的吧
读来du往de猫 23:46:43
可能还是有个过程吧。
嗯嗯，是啊
李文雄 23:47:48
是什么？为什么？怎么做？
这三个层面，看你能做到哪个层面
李文雄 23:48:09
如果做到是什么这个层面，就是高了
读来du往de猫 23:49:59
嗯嗯
“是什么”是最高级？
读来du往de猫 23:50:19
最高一层？
李文雄 23:50:56
是的
李文雄 23:51:17
例如，发现新的元素的存在
李文雄 23:51:25
就是是什么的层面了
读来du往de猫 23:51:44
哦哦，那是
李文雄 23:52:15
例如，我们用遗传算法去处理一个优化问题，那只是怎么做的层面了
读来du往de猫 23:52:39
嗯嗯，是啊。
李文雄 23:53:20
但如果，经过数学推理，正面那种方法处理那些问题必然得到怎样的结果，就是为什么的层面了
李文雄 23:53:49
你做的是哪个层面的问题，先要想清楚
读来du往de猫 23:54:55
嗯嗯，看来我现在想到的都是怎么做的问题
李文雄 23:55:28
这个层面对于硕士论文是足够的
读来du往de猫 23:57:01
但是对于博士的话，起码还得上到“为什么”的层面，是吧
李文雄 23:57:21
是啊
读来du往de猫 23:58:02
哦哦，那我还得改改论题咯
李文雄 23:58:34
是什么这个层面就实在太难了，例如发现什么新的物质，发现什么新的函数，发现。。。。。。 discovery!
李文雄 23:58:48
那就是个探索发现的层面了
读来du往de猫 0:04:08
恩恩，像优化算法，现在很多都是把A+B弄成C，可以说算是发现，但很多的时候这种发现的新方法的影响有限，意义也不太大，未能成功，所以有重大意义的新发现真的是很难。
李文雄 0:05:18
是啊，那些A+B=C，其实只能算是怎么做层面了
读来du往de猫 0:05:57
哦哦，那也是，呵呵
李文雄 0:05:58
现在这样的论文很多，反应出国内的学术就是这个样子了
李文雄 0:06:29
而且这种A+B=C的论文还比较容易发表
李文雄 0:06:52
还有就是那些万能算法，例如遗传算法、神经网络等等，一大堆
读来du往de猫 0:08:39
嗯嗯，是啊，呵呵
李文雄 0:10:35
因此，将研究重点转向研究对象的特性，貌似更有意义
读来du往de猫 0:11:58
嗯嗯，具体来说就是研究转换层抗震的性能，动力响应方面的研究。
李文雄 0:12:08
是哦
李文雄 0:12:46
我觉得这种比优化有意义哦
读来du往de猫 0:13:19
嗯嗯，是啊，这样就有点为什么的味道了
李文雄 0:14:28
在搞清楚了其特性之后，再根据他的特性做点优化就行了
读来du往de猫 0:17:11
就是可以在最后给出优化的建议，甚至再用搜索的方法从另一个侧面来验证这些特性和优化设计建议。研究的重点是结构的特性，而不是以优化算法。
李文雄 0:17:51
是的
读来du往de猫 0:19:59
好啊，谢谢老师，这晚的谈话很有启发，我会在这个方向上努力的，谢谢你哦。

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【转载】面向对象的非线性有限元方法

2010-10-04T10:56:00Z

（这个课题曾经很感兴趣，不过由于种种原因，并没有进一步升入研究下去，下面的只是自己当时的一些笔记和想法。）

有限元方法是求解微分方程的边值和初值问题，建立在特定场函数离散化基础上的一种数值方法[1]。近四十年来，有限元方法得到了充分的发展，在建筑、船舶、航空、机械、水利等相当广泛的工程领域得到应用，已经成为这些领域求解工程问题最有效的数值计算方法之一。有限元方法的实现离不开计算机程序。国内外开发了相当多的有限元计算软件，甚至还有商用软件包，如ANSYS、NASTRAN、MARC等等。但是这些商用和非商用软件大多数采用传统的结构化程序设计方法。使用这种传统方法设计出来的程序，数据和代码的分离，使得模块的运行严格依据于程序的基本数据结构，基本数据结构的微小改动会导致所涉及模块的改写。这样就使得程序维护困难，不能方便地扩展。即这些软件存在软件工程中的软件危机问题（可维护性、可重用性、可扩充性差）[2]。八十年代末期人们开始重视这些问题，力求找到新的解决办法。面向对象技术的出现克服了上述结构化程序的不足，为功能模块的集成化、可再用及程序扩展提供了有利条件。

面向对象的程序设计是继承和发展了结构化程序设计而产生的一种新的设计思想[3]。是一种模仿人类建立现实世界模型的方法进行软件开发的思想体系方法。面向对象的程序设计语言具有四种对象化属性：抽象性、封装性、继承性和多态性。其主要特征有：信息隐藏性，便于在概念上体现并行和分布式结构，便于软件的演化和扩充，增加程序设计的灵活性和可理解性。数据抽象和信息隐蔽等机理以及面向对象语言的继承性、封装性、多态性等特性为软件开发提供了理想的模块化机制和比较理想的软件可重用成分。

面向对象有限元方法将有限元理论和软件工程中的面向对象方法紧密的结合在一起。自从1990年B.W.R.Forde[4]第一次完整的阐述面向对象有限元的概念以来，在这一领域的研究工作如火如荼的展开了。但是大部分文章主要还是讨论线弹性问题的面向对象有限元程序设计及实现；已有的非线性有限元程序设计，其内容只是限于弹塑性分析及非线性代数方程组的求解这两个方面[5，6，23]。

由于非线性有限元远比线性有限元复杂，对不同的本构模型其有限元表达格式不尽相同。非线性方程组解的收敛性没有线性方程组的收敛性好。因此进行非线性有限元设计的困难将比线性有限元设计的困难多，主要有：

1）、本构关系类的设计。不同本构关系的有限元表达格式不完全相同，将本构关系看成一个对象，如何设计其类的属性及方法将是一个难题。如超弹性本构关系中材料是不可压缩的，这一点将如何在本构关系类中反映，将是一个难点。

2）、非线性方程组求解类与其它对象类通讯。非线性方程组求解涉及到迭代和分段求解，这与线性问题有很大不同。将非线性方程组求解过程看成一个对象，此对象类将如何同其他已有对象类通讯，这也是一个难点。

3）、非线性有限元的前后处理。一个好的有限元软件应包括前后处理功能，如何将已有的前后处理类嵌入此非线性有限元程序中？这也是一个很棘手的问题。

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