MATLAB GUI在土木工程軟件界面設(shè)計中的應(yīng)用

谷昕陽 河北大學(xué)

1 概述

1.1 引言

MATLAB是由美國MathWo rks 公司于1984年發(fā)布的、面向科學(xué)計算、數(shù)據(jù)可視化以及交互程序設(shè)計的高級計算機語言。MATLAB 軟件開發(fā)的初衷是方便地進(jìn)行矩陣運算, 如今的MATLAB 已經(jīng)把功能延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域。同傳統(tǒng)的土木工程計算機語言FORTRAN 和C語言相比, MATLAB更具有以下幾大優(yōu)勢:

a)功能強大。

b)語言簡單。

c)擴充能力強、可開發(fā)性強。

d)編程易, 效率高。

1.2 文獻(xiàn)綜述:

如今，隨著matlab應(yīng)用水平的提高越來越多繁瑣重復(fù)性的問題可以用GUI設(shè)計來解決，隨著數(shù)字圖像技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)擁有很多成熟的算法，并且許多算法在Matlab中都已經(jīng)實現(xiàn)并形成了圖像處理工具箱，數(shù)字圖像處理技術(shù)將會伴隨著未來信息領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，更加深入到生產(chǎn)和科研活動中，成為人類生產(chǎn)和生活必不可少的內(nèi)容。MATLAB 以及MATLAB GUI在土木工程中應(yīng)用廣泛例如以下幾種情況：

<1> 在土力學(xué)中的應(yīng)用?？梢酝ㄟ^GUI設(shè)計來解決三相指標(biāo)換算，地基承載力計算，地基沉降等問題。

<2> 在結(jié)構(gòu)優(yōu)化時的應(yīng)用。由于好的優(yōu)化設(shè)計可以降低造價，采用FORTRAN和C編制優(yōu)化計算程序相當(dāng)困難，MATLAB的優(yōu)化工具箱提供了對各種優(yōu)化問題的完善解決方案。還能方便的與FORTRAN和C接口。

<3>在混凝土結(jié)構(gòu)仿真中的應(yīng)用。現(xiàn)已有梁柱截面彎矩—曲率關(guān)系GUI程序應(yīng)用。

<4>在木工程中的結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用。

土木工程中的結(jié)構(gòu)分析主要是指結(jié)構(gòu)在靜力和動力荷載作用時結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的求解問題。

<5> MATLAB GUI 數(shù)字圖像處理平臺

圖像在航空航天、生物工程、醫(yī)藥圖像、軍事公安以及道路交通等領(lǐng)域都有很大的需求。

1.3 問題提出：

根據(jù)所查得的文獻(xiàn)，并沒有發(fā)現(xiàn)MATLAB GUI在混凝土構(gòu)件計算配筋方面的應(yīng)用

而在鋼筋混凝土構(gòu)建中受壓構(gòu)建的計算配筋尤為繁冗，公式多，計算量大，并且還有許多要查規(guī)范的地方，對于土木工作者來說計算起來不方便因此我們小組提出了設(shè)計混凝土大偏心受壓時的配筋計算的GUI用戶界面的想法，通過GUI可大大減小了土木工作者的計算量，也可以為非土木工作者提供一個簡單便捷的工作環(huán)境，從而可以搭建一個不需要掌握理論背景就可以解決問題的平臺。

各部分用MATLAB GUI實現(xiàn)方法如下:

（1）利用MATLAB GUI 實現(xiàn)鋼筋混凝土構(gòu)建受壓計算配進(jìn)需要作如下假設(shè)：

1、平截面假定, 即構(gòu)件變形后的截面仍保持為平面. 根據(jù)該假定, 只要知道截面上任意兩點的應(yīng)變值, 便可用線性關(guān)系算出其它各點的應(yīng)變值了。

2、 鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系, 受拉或受壓鋼筋采用理想彈塑性的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系,即:

3、鋼筋與混凝土之間粘結(jié)可靠, 無相對滑移;

4、忽略剪切變形對梁、柱構(gòu)件變形的影響.

（2） 原始數(shù)據(jù)部分, 因要輸人的參數(shù)較多, 故充分利用MATLAB設(shè)計圖形用戶界面的便易性。

(3) 充分利用MATLAB 函數(shù)式文件的簡潔性及參數(shù)傳遞的靈活性

(4)程序的可擴充性也非常好, 只通過少量的變動就實現(xiàn)了

1.4 關(guān)鍵技術(shù)問題及其解決辦法

在設(shè)計混凝土構(gòu)件大偏心受壓配筋計算的GUI設(shè)計時我們遇到了以下問題：（1）給列表框的選項賦值。

由于本組成員在這方面理論基礎(chǔ)比較薄弱，通過老師的講解和查閱資料，得知想要給下拉框選項賦值需要得到下拉框的value值，然后建立一個向量，將向量的維度等于下拉框選項的個數(shù)，再通過向量給value賦值從而實現(xiàn)給下拉框選項賦值。

（2）與計算按鈕實現(xiàn)連接的問題。

一開始我們將命令都寫在了COOM函數(shù)里，用set命令使句柄和句柄之間實現(xiàn)連接，發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)不了，后來發(fā)現(xiàn)是由于需要輸出的未知量在公示中互相聯(lián)系不能獨立，因此我們重新編輯了函數(shù)文件，在主函數(shù)調(diào)用函數(shù)文件，再給未知量設(shè)置句柄，與輸出框句柄進(jìn)行連接，解決與計算按鈕實現(xiàn)連接的問題的問題。

2 程序界面及功能

功能:可以通過控制單選按鈕（as’是否已知）來切換界面，在每一個界面上的輸入框輸入相關(guān)參數(shù)即可在輸出框得到準(zhǔn)確的配筋情況，以及可以驗證配筋率是否合格。通過該GUI界面可以求出鋼筋混凝土構(gòu)件大偏心受壓情況下的配筋情況，同時還可以驗證配筋率是否合格。

3 結(jié)論

本文通過具體的MATLAB GUI 界面應(yīng)用實例的描述, 對用MATLAB進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算機仿真進(jìn)行了嘗試, 通過不斷的學(xué)習(xí)探索解決了一系列遇到的問題，在該過程中逐漸熟練掌握了MATLAB GUI的設(shè)計方法，也煅煉了自己的編程能力。通過小組協(xié)調(diào)合作，高效完成GUI設(shè)計，也為今后的專業(yè)問題找到了一條新的思路，對于復(fù)雜繁冗重復(fù)性的問題可以通過編程并且設(shè)置成可視化界面來解決。并且從該案例的實現(xiàn)可以看出MATLAB GUI在土木工程中的應(yīng)用是很廣泛的，具有很高的可行性。