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日志


2006/2/23

结构的全寿命设计

寿命周期是指从事物的产生至消亡的过程所经历的时间。对结构而言,从能源和环境的角度,其生命周期是指从材料与构件生产(含原材料的开采)、规划与设计、建造与运输、运行与维护直到拆除与处理(废弃、再循环和再利用等)的全循环过程,即结构的全寿命周期。从使用功能的角度,是指从交付使用后到其功能再也不能修复使用为止的阶段性过程,即结构的使用(功能、自然)寿命周期。

面向全寿命的设计思想是近年来刚提出的新的设计理念,它来源于价值工程。该设计理念是借助设计对象全寿命周期中与其相关的各类信息,利用寿命周期评价、价值分析和系统优化等手段进行设计,使所完成的设计作品具有绿色等特性。面向全寿命周期的设计理念尚不十分成熟,还处于不断的发展阶段。

 

结构全寿命设计的目标:

(1)       用系统论和全寿命周期综合考虑的观点提出结构的合理设计进程、设计的组织结构,研究解决结构设计各阶段的关键技术,建立全寿命周期设计理论体系,开发出相应的计算机辅助产品创新设计工具,实现结构设计时全、快和优的全寿命周期设计思想。

(2)       在一批类似的结构设计中应用全寿命周期设计技术,并在实践中不断检验和完善全寿命周期设计的理论体系和开发工具,使全寿命周期设计技术完全实用化。

 

结构全寿命设计中的计算技术及问题

(1)       固体力学方面

在结构的全寿命设计中,由于涉及到材料的建模、结构模型及结构与环境之间的相互作用等因素,同时还由于在结构的全寿命设计中要求形成相应的计算机辅助设计工具以便于进行多个任务间的耦合和并行设计,因此,在结构的全寿命设计中,对固体力学以下的几个方面提出了计算(或数学计算建模)上的要求:(a)材料非线性;(b)大变形(Large Deformation);(c)对材料恶化的模拟;(d)瞬时动态;(e)热力学上的建模包括材料的成形建模、裂缝的初始化与扩展,以及不确定分析建模等。

2)对热传递的建模

       在一些土木工程结构中,温度对结构的影响是不可忽视的因素。由于对结构温度的分析与计算机模拟需要花费大量的计算时间,因而目前国外大多采用基于高性能计算硬件上的平台,如“万亿”级计算机(Teraflop Computers),针对我国的现状,开发出健壮、高效的并行计算方法来弥补硬件上的不足,实现对温度效应的数值分析不失为一个好的解决方案。

       结构全寿命设计中涉及到对热传递的计算问题包括:(a)界面热传递的建模(Modeling of interfacial heat transfer);(b)相变系统的建模(Modeling of phase change systems)等。
2005/11/10

结构计算

科学计算的兴起是上个世纪最重要的科学进步之一。如今,科学计算已经和传统的科学方法:理论和实验,相并列,成为“第三种科学方法”,受到当今世界上发达国家的普遍重视和关注,它关系到一个国家在现代科学和高技术研究与开发中竞争能力和领先地位的问题。

著名计算物理学家Wilson教授曾指出:“当今,科学活动分为三种:理论、实验和计算。定义计算科学最好是通过比较它的核心活动和实验及理论的核心活动。实验科学家从事于测量和设计科学设备及利用这些设备去进行测量,致力于可控、可重复实验的设计以及分析这些实验的误差;理论科学家研究实验数据之间的关系、这些关系满足的原理及把这些原理运用到具体特殊情形所需的数学概念和技术。计算科学家构造求解科学问题的计算方法,把这些方法软件化,设计和进行试验,分析这些数值试验的误差。他们研究计算方法的数学特征,通过计算揭露所求解科学问题的基本性质和规律。”

结构计算的主要任务是构造求解科学和结构工程问题的计算方法,研究算法的数学、力学机理,在计算机上设计和进行计算试验,分析这些数值试验的误差,并与相应的理论和可能的实验对比印证。随着人们希望求解的工程实际问题的复杂化、新的结构形式的出现、新材料在结构的应用以及新的设计理念的出现,经典力学的分析方法早已没有能力给出工程师们期望得到的满意结果。对于那些理论模型复杂,实验费用昂贵或者不可能进行实验的结构工程领域,结构的计算成为解决问题的主要或唯一的手段。

结构计算的重要性不仅在于它对实验的简单替代,还在于通过计算对研究的问题得到深入的了解和启发,发现问题的内在规律和特征,验证目前的力学原理和规律。

       计算机硬件和计算方法是提高计算能力的两个主要方面。

从上个世纪50年代初计算机刚出现不久到本世纪初期,计算机经过几代更新,运算速度从每秒数千次到现在的每秒几千亿次,提高了一亿倍以上。在2003年的10月份,全球首枚嵌入光核心的商用向量光学数字处理器———由以色列Lenslet公司研发的Enlight在美国波士顿军事通信展览会上露面,运算速度达到了每秒八万亿次,它的出现预示着计算机将进入光学时代。采用光学技术不但可以极大地提升计算机的运算速度,而且可以让计算机系统模拟人脑的思维活动,并且比人脑的处理速度快上数千倍,从而“有可能”实现真正的人工智能。光处理器的出现,预示着“计算性质发生变革,其影响类似于飞机的问世”。在同一时期内,求解工程中大量出现的椭圆形偏微分方程的算法的速度提高了一万亿倍。由此可见,有效的计算方法的设计对提高计算能力是非常重要的。人类的计算能力等于计算工具的性能与计算方法的效能的乘积。

在工程结构的数值计算中,通常用离散的方法去逼近连续的问题(场问题)。因此,如何估计误差的大小,如何评价数值模型及其解得可靠性,以及如何在给定的误差范围内,进行模型的优化,选择最佳的求解算法,是结构计算力学的基础和核心课题之一。在解决大规模计算问题(Large-scale computational problems)上,如何提高计算的效率及收敛速度,如何智能地再现客观的物理力学问题,这也是值得关注的领域之一。

随着科学研究和工程技术领域的不断开拓和发展,出现了各种各样的大型和超大型的复杂结构与复合结构。这些结构不但是具有很大自由度的组合结构,还含有非线性本构关系、随机载荷和复杂的边界条件等多种因素。另外,在材料和结构研究中,由于一些细观和微观结构分析问题的提出,大型和超大型的基于并行的高性能计算HPCHigh Performance Computing)是不可避免的。

2004年最后一个周六,全球规模最大的IPv6互联网———中国下一代互联网示范工程核心网CERNET2在北京开通。它的开通,预示了2005年中国将全面拉开建设下一代互联网的帷幕。如果说在第一代互联网时代,中国扮演的角色是“市场”,那么中国在建设下一代互联网中,由于掌握了部分核心技术,将在整个产业链上扮演积极角色。因此,如何利用我国的下一代互联网优势,在这个平台上开发网络并行计算,以及开发并行算法与程序设计方法,对一些复杂问题进行更细致的分析,抛开常规方法所作的许多限制与假定,以得到更符合实际情况的结果,提高结构计算与设计的水平,是值得深刻关注的问题。

在汉语中,“信息”一词由来已久。早在唐朝的《李中碧文集》中,就出现了“信息”这个词汇。但是,“信息”作为数学的研究对象,肇始于1948Shannon在《贝尔系统电话杂志》发表的“通信的数学理论”一文。该文把信息理解为:信息是用来减少随机不定性的东西。自牛顿力学以来,物质结构和能量转换一直是自然科学研究的基本内容。而信息作为数学、自然科学和人文科学共同的基本研究对象,已超越经典理论的范畴。在信息科学中,信息运动与处理过程的基本特点是分布式、并行性和智能性。在土木工程结构中,如何有效地获取信息、处理信息和利用信息以成功达到对工程结构的损伤识别,是结构计算力学中一个新兴的领域。

让我们在通往“智能计算”的牛逼羊肠小道上一路狂奔,谢谢大家。

 

 

 

基于性能的结构设计概念(The Concept of Performance-Based Design)

近年来,人们对建筑结构的性能,例如建筑结构的安全性、舒适性、经济性以及易于维护性,提出了越来越高的要求。另外一方面,建筑技术得到了很大的提高,以及随着新材料、新的结构系统、新的设计方法的出现,这使得人们能够实现不同目标的结构性能。因此,基于性能的结构设计(PBD)概念被提到日程上来。在这个概念和框架内,结构的性能要求能够被清晰地定义,以及如何去达到这个目标。

目前在建筑设计中的传统方法是基于特定的准则而不是基于性能的准则。如这些传统的准则对建筑结构的性能没有进行很清楚的表述和定义。如果对结构的性能没有明确的定义,那么业主就可能无法选择基于性能的建筑,也无法利用市场的规则去选择低造价和更好性能的建筑。

基于性能的结构设计的目标在于:(1)帮助业主理解建筑结构的性能和造价,(2)帮助工程师们设计和开发新的技术,(3)保持国际和谐(International harmonization),(4)建立合适的制度上的框架,以便利用市场经济规则。在基于性能的设计框架下,性能的表述能够利用不同的结构系统和材料,而且能够提高新技术的引入和开发,以及还有利于提倡价格性能的概念(the concept of cost performance)。

在基于性能的结构设计的框架下,包括三个主要的部分:

(1)                       (1) 结构设计中的目标性能水平(Target Performance Levels);

(2)                      (2) 结构性能评价系统(Structural Performance-Evaluation System);

     (3)制度框架与支持系统(Institutional Framework & Support Systems)。它包括多种支持设备和方案,如规则、制度、技术工具、信息系统等。
2005/10/17

Hasp Dongle Reverse Engineering

Hasphardware against software piracy.

Dongle即道尔芯片,是通常插在LPT接口(打印端口,并行口)或USB接口上的一种硬件,以运行特定的软件,用来防止非法软件的复制。

 

1.  Hasp类型介绍

a)          1)  HASP-3

     最便宜和最简单的hasp dongle

b)         2) MemoHASP

    分为两种。一种即memohasp-1,有112字节 /写内存。另一种即memohasp-4,有496字节 /写内存。

c)         3) NetHASP

    实际上属于memohasp-4的一种,不同之处在于安装在网络服务器上。

d)        4)  TimeHASP

    包含实时时钟。一种有16字节 /写内存,另外一种即timehasp-4,有512字节 /写内存。

 

2.  Cracking Tricks

1)           1) 很多被hasp保护的软件一般带有haspreg call代码,请分解软件安装程序包。若软件安装程序包被加密,则无法分解;

2)              2) 有可能不只一个seedcode

3)               3) 有可能使用伪密码把你搞晕;

4)           4) 有可能使用返回代码作为加密变量;

5)               5)  dongles的内存里,有可能存储一个或若干个例程,在这种情况下,需要dongle本身,读取例程,获取必要的破解信息;

6)               6) 较好的破解方法之一是改写Hasp的虚拟设备驱动程序。因为所有的计算机硬件对于软件来说,只不过提供了端口的信息;

7)         7) Aladdin公司约在2004年推出了HASP HL的保护技术,此技术采用128位非线性加密,API多层封装,具有对应用程序的编码加密、反调试、反跟踪等特点。采用此保护技术的hasp软件,目前未见成功破解的例子。我搞了2天,一直找不到入口点,甚是懊恼;

8)              8) 一劳永逸的破解方法是复制HASP dongle硬件,大多数情况下可行。即采用专门的读卡器和写卡器,使用读卡器读出dongle上的信息(或利用软件读出原版dongle上的信息),再用写卡器把原版dongle上的信息写入空dongle,优点是不受软件升级和保护策略更新的影响,严重的缺点是读卡器和写卡器很难搞到。据说在美国复制hasp dongles,有可能是打了版权保护的擦边球。

 

另,今天群发邮件,吻大家在哪里可以多快好省地搞到Microsoft Visual Studio.net 2003英文版,我一哥们,老王火速回信告我说,“店で売ってないの(店里没有卖的吗)?”