在你的脑海中想象某种类型的土木工程结构，比如普拉特桁架桥。每一类桥梁的设计理念是相似的，桥的实际结构和承受载荷却各有不同。借助“App 开发器”，你可以设计一种仿真工具，使得用户可以轻松地修改参数，借此描述并分析各种不同的几何结构和载荷。让我们一起认识“桁架桥设计器”计算 App。
普拉特桁架桥——经典实用的土木工程设计
多年来，普拉特桁架桥一直是为土木工程师所钟爱的结构设计。这种类型的结构拥有易于识别的特征：除了首尾两端，桥的两侧都架有斜梁，均朝跨度中心倾斜。这种特殊设计中的斜梁只受到张力的作用，因此可以使用较轻较便宜的材料。较短的纵梁受屈曲力的影响较小，主要承受压缩载荷。
普拉特桁架桥。图像由 Jeffrey Beall 拍摄，已获CC BY-SA 2.0许可，通过Flickr Creative Commons共享。
任何类型的土木工程结构都要承受来自汽车、风等外界物体的各种作用力，这对对普拉特桁架桥的安全性和稳定性带来严重影响。分析这些因素要求我们清楚结构所承受的载荷和桥的具体尺寸。计算 App 能够帮助我们评估上述因素，易于使用的软件界面也赋予更多人强大的仿真能力。我们来看一个例子……
设计一款桥梁结构与载荷分析 App
“桁架桥设计器”App 以普拉特桁架桥教学模型为基础。内嵌模型和底层理论都隐藏在简洁的界面背后，用户能够轻松进行导航和使用。作为 App 的设计者，由你来决定如何组织 App 的布局和设计，添加哪些必要的参数。
桁架桥设计器 App 的用户界面（UI）。
上图所示的演示 App 包括两个主要分区：输入区和结果区。在输入区内，用户可以修改桥梁的尺寸、支撑梁的横截面数据以及路面的厚度和阻力系数。风载荷子栏可用于指定是否施加风载荷，并设定风向和强度。在卡车载荷子栏中，用户可以指定稳态分析中卡车的位置和重量。添加的卡车数量须符合以下标准：
- 允许将卡车位置设为一根车轴在桥内，但不能整辆卡车都在桥外
- 卡车的车轮不能在y方向的桥外
- 添加多个卡车时，卡车之间必须不能互相重叠
如果卡车的位置不符合以上标准，软件将弹出警告信息，同时计算稳态按钮将被禁用。通知有助于指导用户进行仿真测试，保证结果的一致性。
看完了输入区，我们下面来看结果区。这里有一组选项卡，每个选项卡包含多个绘图。比如，预处理数据选项卡包括四个可选择的绘图。桥的尺寸修改后，几何绘图将自动更新。只要点击更新预处理按钮，即可手动更新卡车载荷、风载荷和梁方向绘图，实时反馈输入数据的变化。
稳态结果 选项卡也包含四个可选择的绘图：移位、梁的受力和力矩、梁的应力和路面应力。用户可以选定力或力矩的分量，然后将其绘制到力与力矩绘图中，或者将结果绘制在所有梁或一组梁上。
最后一个选项卡是特征频率结果。这一部分展示了通过上方的选择器指定的振型的归一化位移。
如果用户想要将自己的仿真结果分享给别人，该如何做呢？生成报告按钮让这一操作变得很简单。点击此按钮，系统将生成报告，不仅包含 App 仿真结果，带有定制主题，还可以突出更多细节。
计算 App 成为研究土木工程结构的可靠工具
每个设计团队都会经历了一系列独特的挑战。借助“App 开发器”，你可以为自己的设计打造一款定制工具，同时使团队的其他成员或者组织的其他部门能够自行运行测试。我们今天展示的普拉特桁架桥案例充分表明，仿真 App 是分析土木工程结构的实用可靠平台，定制分析特定的结构设计和载荷条件将为工程师带来极大的便利。
迫不及待了吗？利用下列资源，开始构建自己的 App 吧。
App 开发的学习资源
- 下载文中提到的 App：桁架桥设计器
- 观看视频，快速了解如何将 COMSOL Multiphysics 模型转为 App
- 阅读“COMSOL 博客”，获取更多有关仿真 App 开发的灵感和指导
评论 (0)