土木工程概论(姜晨光)第11章土木工程的专业基础.ppt

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1、第11章 土木工程的专业基础 11.1 土木工程材料 11.1.1 土木工程材料的发展历程 材料、信息、能源是现代文明的三大支柱，因此，材料是现代科学的基础，对建筑结构的发展起关键作用的要属作为工程物质基础的土木工程材料（或称“建筑材料”）。土木工程材料是土木工程结构的物质基础，关系到工程的使用功能和耐久年限。每当出现新的优良的土木工程材料时，建筑结构就会有飞跃式的发展。 原始社会，我们祖先在与猛兽和大自然的斗争中，极需一个安全的栖身之所，但当时没有工具，他们只能住在穴洞里，仅仅采集树枝树叶作遮盖。旧石器时代，有了简单的工具，人们伐木搭建草棚，居住条件得到一定改善。但此时人们仍处于“穴居巢处”

2、的落后时代。远在距今400010000年的新石器时代，由于石器工具的进步，劳动生产力提高，人们以土、木和石头、等天然材料为主建设自己的家园。这时人们主要使用黏土来抹砌简易的建筑物，有时还掺入稻草、稻壳等植物纤维加筋增强，有的甚至经过烧烤处理。在我国和古埃及一些古代建筑物上发现，当时将砖块样的土坯放在太阳中晒干而不用火烧，每一砖层上铺一层泥浆，这层泥浆干燥后就可以加固砖坯墙身。火的使用使烧土制品（比如砖、瓦和石灰等）成为可能。于是，建筑材料由单纯的天然材料进入了人工生产阶段。,砖、瓦和石灰的出现被认为是建筑结构的第一次飞跃，人们在早期只能依靠泥土、木料、石料等天然材料从事营造活动。在公元前11世

3、纪的西周初期，我国劳动人民就能制造出砖和瓦，随后作为胶凝结材料的石灰也应运而生。随着砖、瓦和石灰这些人工建筑材料的出现，人类第次冲破了天然建筑材料的束缚。与土相比，砖、瓦和石灰具有更优越的力学性能，其用于房屋的建造，牢固性大大增强，且可以隔绝潮气。砖和瓦可就地取材，加工和烧制又比较容易。从此，人们开始大量、广泛地修建房屋、水利和防御工程。所以说，砖、瓦和石灰的出现是人类建筑结构史上的一个里程碑。在长达三千多年的时间里，砖、瓦和石灰一直是土木工程领域的重要建筑材料，为人类文明作出了伟大的贡献。 混凝土的大量应用是建筑结构的第二次飞跃。19世纪20年代，波特兰水泥（即我国所称的“硅酸盐水泥”）制成

4、后，混凝土开始大量应用于建筑结构。混凝土中砂、石骨料可就地取材，混凝土构件易于成型，这是混凝土能广泛应用于土木工程结构的得天独厚的条件。混凝土承受压力的能力虽较好，但承受拉力的能力却很小，使其用途受到很大限制。19世纪中叶以后，钢铁产量激增，随之出现了钢筋混凝土这种新型的复合建筑材料，其中钢筋承担拉力、混凝土承担压力，发挥了各自的优点。从此，钢筋混凝土广泛地应用于建筑结构。20世纪30年代，预应力混凝土的出现，极大地提高了钢筋混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力，因而用途也更为广阔。,钢材的大规模应用是建筑结构的第三次飞跃。人们在17世纪90年代开始使用生铁，19世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房

5、屋，这是现代意义上钢结构出现的前奏。到了19世纪中叶，冶金业冶炼并轧制出抗拉和抗压强度都很高、延性好、质量均匀的建筑钢材，随后又生产出了高强度钢丝、钢索。于是，钢结构得到蓬勃发展。刚开始，钢材只应用于梁、拱结构，后来，钢材也逐渐应用于新兴的桁架、框架、网架和悬索结构，出现了土木工程结构形式“百花争艳”的局面。建筑物跨径随之从砖结构、石结构、木结构的几米、几十米发展到钢结构的百米、几百米，直到现代的千米以上。于是，在地面上建造起摩天大楼和高耸铁塔，大江、大河及海峡上架起大桥，甚至在地面下铺设铁路，创造出了史无前例的奇迹。 从建筑结构经历的三次大飞跃可以看出建筑材料的技术水平决定着建筑结构的发展。

6、如今，各种混凝土外加剂的生产和应用，使得高强混凝土、自密实混凝土、高性能混凝土的配制和施工应用易如反掌，加之钢材与混凝土组合形式的多样化，土木工程材料的内涵不断丰富，极大地促进了土木工程技术的发展。,11.1.2 土木工程材料的分类 土木工程材料按材料来源可分为天然材料、人造材料、等；按使用部位可分为结构材料、屋面材料、墙体材料、地面材料、等；按功能可分为防水材料、装饰材料、承重材料、绝热材料、等。最常见的分类方法是按基本组成分类，见表11-1-1。金属材料的特点是不透明、密度大、导电导热、变形大（金属键），有机材料的特点是透明或半透明、密度小、绝缘、导热性差、变形大、耐热性差（共价键），无机

7、非金属材料的特点是硬、脆、是热和电的绝缘体、耐热、耐化学侵蚀（离子键）。,表11-1-1 常用土木工程材料的分类,11.1.3 土木工程材料的基本性质 土木工程材料的基本性质包括基本物理性能、力学性能、材料与水有关的性能、材料的热工性质、材料的耐久性、等。 基本物理性质包括密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、空隙率、等。 力学性质包括强度、弹性、塑性、脆性、韧性、硬度、耐磨性、等。 材料与水有关的性质包括亲水性、憎水性、吸水性、吸湿性、耐水性、抗冻性、抗渗性、等。 材料的热工性质包括导热性、热容量、比热、热阻、传热系数、等。 材料的耐久性是指材料在使用条件下，受各种内在或外在因素作用，能长期不破

8、坏，不失去原有性能，仍能正常使用的性质。影响材料耐久性的因素有物理作用、机械作用、化学作用、生物作用。为提高材料的耐久性，可根据材料特点和使用情况采取相应的措施，除从材料本身组成、结构上设法外，还应提高材料对外界作用的抵抗力（如提高密实度、防腐处理、化学浸渍等）；用其它材料保护主体材料（覆面、抹灰、喷涂涂料等），也可设法减轻侵蚀介质对材料的破坏作用（降低湿度、排除侵蚀性物质、通风、疏导等）。材料的高耐久性可保证工程长期正常使用、减少维修费用、延长使用年限、节约社会财富。,11.1.4 材料的组成、结构及其对材料性能的影响 1）材料组成。材料组成包括化学组成、矿物组成、配料组成3类。材料的化学组

9、成对材料性能具有显著影响，这是土木工程结构三大材料的共性。材料的矿物组成对材料性能也具有显著影响（比如金刚石和石墨）。材料的配料组成同样对材料性能具有显著影响，比如混凝土的配合比问题。例如：混凝土需配料形成，其中的粗骨料为多矿物组成，矿物成分中的某一种为化学组成。 2）材料结构。材料结构可分为微观结构、宏观结构、孔结构、等。材料结构形式及特点不同其性能也差异很大。 11.1.5 土木工程材料的技术标准 技术标准是对标准化领域中需要协调统一的技术事项所制定的标准。技术标准主要包括基础标准、产品标准、方法标准、安全标准、卫生标准、等。土木工程材料涉及的主要是产品标准、方法标准。标准按约束性可分为强

10、制性标准、推荐性标准。涉及工程建设的质量、安全、卫生标准及国家需要控制的其它工程建设标准，产品及产品生产、储运的标准等均为强制执行的标准，除此以外的为推荐性标准。标准等级分国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。我国标准的代号和编号为国家标准GB、GB/T；行业标准JC、JGJ、SY、等；地方标准DB、DB/T；企业标准Q。外国标准的代号和编号是：ASTM为美国材料试验协会；JIN为日本工业标准；DIN为德国工业标准；BS为英国标准；NF为法国标准；ISO为国际标准化组织。我国标准的表示方法是“标准代号标准发布顺序号发布年代名称”，比如“GB1752001 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥”。标准随

11、着时代的进步和变化在不断地修订，标准的作用是保证所规定事物的达到一定的水准和要求。,11.2 土木工程制图 语言和文字是交流思想的工具，语言表达方法丰富多彩，它可以把一件事描述得生动、感人。关于语言的表达方法，是语文课学习的内容。但是，任何事物都有它的不足之处。 人们可以用语言或文字来表达自己的思想，但是如果用语言或文字来表达物体的形状和大小是很困难的。因此，表达物体形状和大小的图样，就成为生产中不可缺少的技术文件了。设计者通过图样来表达设计对象；制造者通过图样来了解设计要求，并依据图样来制造机器；使用者也通过图样来了解机器的结构和使用性能；在各种技术交流活动中，图样也是不可缺少的。因此，图样

12、被称为工程技术上的语言，工程画被称为“工程话”。 不同的生产部门对图样有不同的要求，建筑工程中使用的图样称为建筑图样，机械制造业中所使用的图样称为机械图样。机械制图就是研究机械图样的一门课程。人们在工厂里经常听到这样一句话，就是“按图施工”，如果我们没有掌握机械制图的知识，就无法做到按图施工。这就从一个侧面告诉我们，图样在工业生产中有着极其重要的地位和作用。作为一个工程技术人员，如果不懂得画图，不懂得看图，在单位上就无法从事技术工作。 工程图学是研究工程技术领域中有关图的理论及其应用的科学。包括：理论图学、应用图学、计算机图学、制图标准化、制图技术、图学教育以及图学史等内容。工程制图又叫工程画

13、。它是研究绘制与阅读工程技术图样的学科。包括：机械工程制图、建筑工程制图、土木工程制图、水利工程制图、化学工程制图、船舶工程制图等。其主要内容有：绘制工程图样的基本原理；仪器画图、徒手画图和计算机画图的方法；有关图样画法、尺寸注法、图形符号等的标准和规定；看图的方法等。,建筑工程制图有画法几何、制图基础、建筑工程制图3部分组成。画法几何部分主要介绍正投影法的基本原理；点、直线、平面的三面投影规律；立体及其截交线；两回转体表面的相贯线；等。制图基础部分主要介绍制图的基本知识、基本技能；形体分析法的基本原理和方法；组合体三视图的画法、读法和尺寸标注；各种视图、剖面图、断面图的概念、画法、标注方法及

14、其适用条件；视图的恰当表达方案；轴测投影图的基本知识（比如正等轴测图和斜二等轴测图）；等。建筑工程图部分主要介绍建筑施工图常用的符号、建筑材料、总平面图、建筑构造及配件图例；一般建筑施工图的图示特点；建筑施工图一般的画图步骤；一般建筑施工图的阅读方法与步骤；结构施工图的基本知识；一般基础平面图及基础详图的绘制和阅读；楼层和屋顶结构布置平面图的绘制与阅读方法；钢筋混凝土构件详图的阅读与绘制；等。 计算机绘图是计算机图学的一个分支，它的主要特点是给计算机输入非图形信息，经过计算机的处理，生成图形信息输出。一个计算机绘图系统可以有不同的组合方式，最简单的是由一台微型计算机加一台绘图机组成。除硬件外，

15、还必须配有各种软件，如操作系统、语言系统编辑系统、绘图软件和显示软件等等。 当操作者通过键盘或图形输入板输入原始数据后，系统便可自动进行绘制和显示工作，一个复杂的零件图或装配图，往往可以在几分钟甚至几秒钟之内完成。这种绘图方式称自动绘图。它的优点是快捷而省事，缺点是观察者不能对绘制和显示过程进行干预，只能在过程结束后才能得知输出结果的正误。这种绘图和显示又叫被动的（或静态的）计算机绘图。 有许多绘图工作，尤其地设计阶段，不可避免地要进行反复试画和推敲，而产品的不断更新也要求对已定型图纸进行必要的修改。为此在图形的绘制和显示过程中，需要有观察者的参与，要求系统具有人机对话的交互功能。这样的系统称

16、为动态的计算机绘图。在动态绘图中，观察者根据需要可以控制和干预正在显示的图形，直接在荧光屏上对图形进行修改和增补。该系统目前所使用的人机交互工具有光笔、鼠标器、图形输入板或数字化仪，以及操纵杆、轨迹球等。,11.3 土木工程设计学 土木工程设计主要包括外形设计（比如建筑学专业的建筑设计）和结构设计2部分。 11.3.1 外形设计 土木工程外形设计的好坏决定于建筑师的修养，建筑师的修养是经过长期的自我修炼形成的。建筑是一门给环境带来美感的艺术，要想设计美好的建筑，必先美化自己的心，这便是修养。近代欧美建筑史上有许多优秀建筑师具有极其丰富的自然科学知识（包括气象学、生态学、地理、地质、物理学、机械

17、学等），并直接灵活运用到其设计中去，所以有所谓“绿色建筑”、“自然建筑”、“环境建筑”、“太阳能建筑”等等。 11.3.2 结构设计 我国现行规范采用了半概率极限状态设计方法。即同时以极限状态的发生概率和工程经验为基础，对荷载取值、构件强度以分项安全因数加以保证。荷载规范中的荷载取值是在正常使用条件下，一定使用期间内可能出现的最大荷载。对偶然情况下，结构可能受到超出这个最大荷载的荷载，规范采用“荷载安全因数”将设计荷载增大。规范中构件的强度取值是按97.73%保证率规定的。但在正常情况下也会受施工误差、材料不均匀等因素影响，需考虑“构件强度安全因数”。按结构的重要性，还考虑“附加安全因数”。

18、建筑工程结构设计的步骤依次为建筑结构模型的建立结构荷载的计算构件内力计算和构件选择施工图绘制。,11.4 工程地质学 工程地质学是研究与人类工程建筑活动有关的地质问题的学科，是地质学的一个分支。工程地质学的目的在于查明建设地区或建筑场地的地质条件，分析、预测和评价可能存在和发生的工程地质问题，及其对建筑物和地质环境的影响和危害，提出防治不良地质现象的措施，为保证工程建设的合理规划、建筑物的正确设计、顺利施工和正常使用，提供可靠的地质科学依据。 工程地质学主要研究建设地区和建筑场地中的岩体、土体的空间分布规律和工程地质性质，控制这些性质的岩石和土的成分和结构，以及在自然条件和工程作用下这些性质的

19、变化趋向；制定岩石和土的工程地质分类。工程地质学要分析和预测在自然条件和工程建筑活动中可能发生的各种地质作用和工程地质问题，例如：地震、滑坡、泥石流，以及诱发地震、地基沉陷、人工边坡和地下洞室围岩的变形，因破坏、开采地下水引起的大面积地面沉降、地下采矿引起的地表塌陷，及其发生的条件、过程、规模和机制，评价它们对工程建设和地质环境造成的危害程度。研究防治不良地质作用的有效措施。工程地质学还要研究工程地质条件的区域分布特征和规律，预测其在自然条件下和工程建设活动中的变化，和可能发生的地质作用，评价其对工程建设的适宜性。由于各类工程建筑物的结构和作用，及其所在空间范围内的环境不同，因而可能发生和必须

20、研究的地质作用和工程地质问题往往各有侧重，据此，工程地质学又常分为水利水电工程地质学、道路工程地质学、采矿工程地质学、海港和海洋工程地质学、城市工程地质学等。工程地质学的主要研究方法包括地质学方法、实验和测试方法、计算方法和模拟方法。,11.5 基础工程学 基础工程学主要是研究土木工程结构基础科学合理设计的科学。包括各种基础的有关设计基本理论和实用计算方法。其研究内容主要包括3个方面 （1）浅基础 一般而言，基础多埋置于地面以下，但诸如码头桩基础、桥梁基础、半地下室箱形基础等均有一部分在地表之上。通常把位于天然地基上、埋置深度小于5m的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5m，但小于基础宽

21、度的大尺寸基础（如箱形基础），统称为天然地基上的浅基础。浅基础按基础刚度可分为刚性基础和扩展基础。刚性基础是由砖、石、素混凝土或灰土等材料做成的基础。当刚性基础不能满足力学要求时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础。 （2）深基础 位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础，称为深基础，比如桩基础、地下连续墙、墩基础和沉井等。 （3） 地基处理 地基处理的历史可追溯到古代，我国劳动人民在地基处理方面有着极其宝贵的丰富经验，许多现代的地基处理技术都可在古代找到它的雏型。 地基处理的目的是采用各种地基处理方法以改善地基条件，这些措施包括以下5方面内容，即：1）改善地基的

22、剪切特性；2）改善地基的压缩特性；3）改善地基的透水特性；4）改善地基的动力特性；5）改善特殊土的不良地基的特性。地基处理方法包括换填法、预压法、强夯法、振冲法、深层搅拌法、砂石桩法、土或灰土挤密桩法、等。,11.6 结构工程学 结构工程学是用力学的方法来分析建筑物（如：房屋、桥梁、水坝等）和构筑物（如：挡土墙、烟囱、构架等）在各种荷载作用下的内力和变形，通过控制结构的内力和变形，达到结构在施工和使用过程中保证一定安全可靠度的目的的。 结构工程学传统分析方法是利用坐标轴简化各类张量数值方程（如内力、位移等）以求得结构构件（如：梁、柱等）的内力及位移。在电脑出现後，有限元法、非线性分析法等新型分

23、析方法得到广泛的应用以用于求解各类更加复杂的结构问题（如多种不同性质材料协调工作等）。 结构工程学主要研究土木工程中具有共性的结构选型、力学分析、设计理论和建造技术和管理问题。 结构工程学主要研究方向是混凝土结构、砌体结构基本理论及其应用；钢结构、钢-混凝土组合结构基本理论及其应用；施工技术与工程项目管理；新型结构体系及其应用；结构抗震与防灾（火灾、风灾、水灾）技术；结构安全性、耐久性与维修加固。,11.7 建筑设备工程学 建筑设备工程学的作用是为人们营造一个安全、合理、舒适的生活与生产环境。 了解大自然、利用大自然，为人类造福是建筑设备工程学的一个重要出发点，如对四季的微气候进行人工调节（冬

24、季蓄冷、夏季贮热）；进一步开发和利用太阳能、风能、潮汐能等自然能源；改进采光方式、减少电能消耗；改善土木工程结构形式和材料实现节能环保；建筑设备工程学的应用领域越来越广阔（从小方面的家庭上、下水、通风、取暖，到中等方面的一幢建筑或一个小区的供暖、供水、制冷、空调，到大方面的整个城市或一个大型企业的供水、排水、供暖、等。）。 建筑设备工程学主要研究建筑给水、排水、热水供应与燃气输配、供暖、通风、空气调节、建筑电气、智能建筑等工程的相关问题。涉及众多的知识领域，比如流体力学；传热学；各类管材、管件及阀门、仪表；室外给水排水工程；建筑给水系统；建筑排水系统；热水、燃气供应系统；消防系统；电梯系统；供

25、暖系统；通风系统；防烟与排烟系统；空调系统；建筑供配电系统；建筑电气安全问题；电气照明系统；以及建筑的智能化（比如火灾自动报警、有线电视、电话通讯、综合安防、公共广播、综合布线、楼宇自动化、智能建筑系统集成、等）等。与物理学、机械学、电工电子学、信息技术、自动控制技术联系紧密。,11.8 工程测量学 “测绘科学”常常被人们称呼为“测量”，实际上“测量”只是“测绘科学”的一部分内容。测绘科学的起源可追溯到原始社会，是人们最早创造的科学体系之一。测绘科学的发展时刻与人类的文明史同步，随着人类文明的历史进程一直发展到了今天，对人类社会的发展作出了不可磨灭的重大贡献，成为人类各种活动不可或缺的重要依靠

26、和技术手段。 工程测量学是测绘科学的一个分支。是利用测绘科学综合理论与技术为各类工程建设提供测绘保障服务的应用科学，也可称之为应用测绘学。主要研究工程建设在勘察设计、施工放样、竣工验收和管理阶段所需进行的测量工作的基本理论、技术和方法。其主要工作内容包括为工程规划设计提供必需的地形资料（规划时提供中、小比例尺地形图及有关信息，建筑物设计时要测绘大比例尺地形图）；施工阶段将图上设计好的工程（比如建筑物）按其位置、大小测设在地面上供施工人员正确施工；在施工过程和工程建成后的运行管理中对工程（比如建筑物）的稳定性及变化情况进行监测（安全监测、变形观测、等）以确保工程的安全与正常运营。按工程测量服务对

27、象的不同，工程测量可分为土木建筑工程测量、铁路工程测量、公路工程测量、地下工程测量、矿山测量、城市测量、地质工程测量、国防工程测量、水利工程测量等。另外，还有一些特种工程测量工作（比如对大型设备、特种设备进行高精度定位和变形监控的精密工程测量；将摄影测量技术应用于工程建设的工程摄影测量；将电子全站仪或地面摄影仪作为传感器在电子计算机支持下对大型机械部件加工过程进行监控的3维工业测量系统；等）。,11.9 土木工程施工技术学 土木工程施工技术学是将土木工程结构设计在实地实现的技术科学，涉及土木工程材料学、机械学、物理学、电工电子学、运筹学、计算机与信息技术、自动控制技术等诸多学科，是综合运用相关

28、学科基本理论和知识，解决土木工程实践中的各种技术问题的，其科学体系包括各种施工工艺及工艺原理；施工方案及方法；施工组织理论及管理；管理学理论及网络技术；施工组织设计及程序编制；工程质量和施工安全保障体系；等。 土木工程施工技术学涉及的技术非常浩繁，主要可大致概括为土方工程、爆破工程、地基与桩基工程、砌体工程、混凝土结构工程、预应力混凝土工程、结构安装工程、升滑法施工、防水工程、装饰工程、桥梁结构工程、道路工程、施工组织概论、流水施工原理、网络计划技术、施工组织总设计、单位工程施工组织设计、等。,11.10 土木工程防灾减灾 目前人类所知道的灾害大体上可分为自然灾害、人为灾害以及人与自然共同作用

29、而产生的灾害。自然灾害是人类进步和社会发展中所遇到的一种自然现象，其后果是可能引起生命和财产的巨大损失，使社会功能遭受严重破坏，并影响社会发展的进程。从全球来看，人类每时每刻都受到各种各样的自然灾害的威胁，减轻自然灾害已成为全人类面临的共同任务。 防灾减灾的内涵是灾前的防灾、灾发时的抗灾以及灾后的救灾，即“防、抗、救”。土木工程的防灾减灾是随着土木工程的发展而被逐渐认识的，它是土木工程中相对比较新兴的领域，并且是最有可能与其它学科融合的高新技术。土木工程防火减灾在国际上并未形成一门独立的学科，但国际上有很多防灾减灾的政府组织或非政府组织。 土木工程防灾减灾涉及各种灾害的特点与破坏机制；土木工程

30、结构减灾技术与减灾设计方法；地质灾害及其防治；火灾及建筑防火；地震灾害与防震减灾；建筑结构抗震设计；风灾与抗风设计；洪灾及城市防洪；城市防雷、防爆及防空工程；灾害的风险分析与评价；城市防灾减灾规划；等。,11.11 现代设计计算技术 11.11.1 计算机图形学 计算机图形学 （Computer Graphics，简称CG）是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从

31、处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。计算机图形学一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。科学计算的可视化是发达国家上个世纪八十年代后期提出并发展起来的一门新兴技术，它将科学计算过程中及计算结果的数据转换为几何图形及图象信息在屏幕上显示出来并进行交互处理，成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具。比如分布式虚拟风洞，研究大气流体的PHTHFINDER，燃烧过程动态模型的可视化。虚拟现实技术是一门多学科交叉和综合集成的新技术。,11.11.2 计算机辅助几何设计 计算

32、机辅助几何设计（Computer Aided Geometric Design，CAGD）是涉及数学及计算机科学的一门新兴的边缘学科， 它研究的内容是“在计算机图像系统的环境中曲面的表示和逼近”， 它主要侧重于计算机设计和制造（CAD/CAM）的数学理论和几何体的构造方面。CAGD所用的理论工具几乎涉及数学的各个分支（比如逼近论、微分几何、计算数学、代数几何和交换代数等等）， 同时还与计算机图形学有紧密联系。 随着CAGD理论和应用的不断发展， 从飞机、 船舶、 汽车设计、土木工程、工程器件模具设计到生物医学图像处理等都能看到其广泛的应用。 11.11.3 现代设计计算方法 随着计算机技术的迅

33、猛发展， 传统的设计方法逐渐被现代设计手段所代替， 各种工作软件以及机械系统运动学与动力学分析仿真软件灿若繁星， 在工程设计中得到了广泛的应用。 随着计算机技术的迅猛发展， 网络技术的成熟， 计算机硬件已达到了一个崭新的水平。一些专用工程软件的推广，正改变着传统的设计方法。这些专门开发的软件功能强大、界面友好，可提供三维建模、到构件设计、装配、机构设计、有限元建模及求解等的集成功能， 为土木工程结构设计提供了完整、快速的解决方案，体现了一种全新的设计理念， 即三维建模、装配、有限元分析的设计过程， 形成一个有机的整体。由于三维建模中采用的是参数化设计， 为产品开发的模块化设计提供了有力的支持。 虚拟样机软件可以模拟土木工程结构的工作过程， 可自动计算仿真过程中各点的瞬态反作用力并自动将该数据作为有限元分析的动态载荷谱计算每个构件的应力和应变，而计算结果（构件的弹性刚度）又可作为虚拟样机软件的输人参数 以准确模拟柔性的土木工程结构运动。,THE END 讲的不好，请大家多多提出批评！ 谢谢大家！,