Výpočtové systémy - MSC.Marc - MATLAB

Skriptování v MSC.Marc pomocí prostředí MATLABU

Na této stránce budou rozebrány důvody a prakticky ukázáno, proč se vůbec zabývat skriptováním a parametrickým tvořením MKP modelů.

V kapitole, která je věnovaná základům skriptování (zde), jsou použity ukázky velmi zjednodušeného modelu mostu. V této kapitole si ukážeme, jak pomocí Matlabu tvořit .proc soubory, které budeme následně používat k analýzám vlivu parametrů na chování mostu.

Příklad na kterém si ukážeme, jak se mění parametry v cyklu, nebo jak postavit model s téměř libovolnými rozměry, bude velmi zjednoduššený model lávky, nebo chcete-li mostu. Bude to most nad myšleným korytem řeky v určité výšce nad hladinou. Jak je vidět z obrázku níže, most je nad korytem, které se svažuje velmi strmě k hladině řeky. Most je uvažován celý ocelový. Tvoří ho mostovka a dvě podpěry.



Rozměry modelu a parametry

V tabulce jsou uvedeny základní rozměry, ty lze samozřejmě, jak uvidíte ve skriptech ke stažení libovolně měnit.

Tabulka 1: Parametry, rozměry a data modelu. Když je veličina označená jako pevně daný rozměr, je tím myšleno, že v našem příkladě se tato veličina nemění. pokud ovšem budete chtít, lze v .m souborech i tyto hodnoty měnit a model se i tak vytvoří. Samozřejmě v případě, že vaše zadání bude mít, jak se říká, hlavu a patu.

Označení v Matlabu	Rozměr/Parametr úlohy	Význam/vlastnosti/poznámky
p.l_left	parametr	Horizontální vzdálenost styku mostovky a levé podpěry od levého konce mostovky.
p.l_right	parametr	Horizontální vzdálenost styku mostovky a pravé podpěry od pravého konce mostovky.
p.h_left	parametr	Vertikální vzdálenost styku levé podpěry a levé stěny od hladiny řeky.
p.h_right	parametr	Vertikální vzdálenost styku pravé podpěry a pravé stěny od hladiny řeky.
p.b_bridge	20 m Lze ale snadno upravit skripty, tak aby to byl plnohodnotný parametr.	Šířka mostovky
p.h_bridge	0.5 m Lze ale snadno upravit skripty, tak aby to byl plnohodnotný parametr.	Výška mostovky
p.r_left	2 m Lze ale snadno upravit skripty, tak aby to byl plnohodnotný parametr.	Poloměr levé podpěry
p.r_right	2 m Lze ale snadno upravit skripty, tak aby to byl plnohodnotný parametr.	Poloměr pravé podpěry
d.dimensions.l	125 m	Délka mosotvky
d.dimensions.h	45 m	Výška mostovky na hladinou řeky
d.dimensions.a	10 m	Horizontální vzdálenost levého konce mostovky od levého břehu řeky.
d.dimensions.b	10 m	Horizontální vzdálenost pravého konce mostovky od pravého břehu řeky.
d.dimensions.rho	7860 kg/m3	Hustota oceli (použitý materiál na konstrukci).
d.dimensions.E	210 GPa	Modul pružnosti v tahu oceli (použitý materiál na konstrukci).
d.dimensions.nu	0.3	Poissonovo číslo oceli (použitý materiál na konstrukci).
d.mesh.a_mkp	5 m Není dodrženo všude. Automesh tento rozměr občas upraví za účelem dodržení umístění uzlů ve styčnících.	Rozměr MKP prvku.
d.no_modal_freq	3	Počet počítaných vlastních frekvencí.

Předpřipravené .m soubory

V následující tabulce jsou uvedeny všechny Matlabovské skripty a k nim stručný popis. Doporučujeme si je sáhnout (formát .zip) rozbalit a pozorně přečíst. Je v nich spousta komentářů.

Tabulka 2: Skripty do Matlabu.

Název souboru .m	Co daný skript dělá?
start.m	Jsou zde zadány hodnoty parametrů, zavolán výpočet a provedeno ukládání výsledků.
model_data.m	Vytvoří datovou strukturu s rozměry modelu, tu pak uloží do souboru d.mat.
analysis.m	Zde je provedena analýza. Lze spustit i samostatně pro jednu hodnotu parametrů. Výpočet probíhá v posloupnosti načtení dat pro model → vytištění .proc souboru pro postavení modelu →postavení modelu mentatem → spuštění výpočtu → vytištění .proc souboru pro načtení výsledků a vytištění textového souboru s výsledky → vytištění výsledků do textového souboru mentatem → přečtení textového souboru (tabulky) → předání výsledků do výstupní proměnné z funkce
built_model.m	Vytiskne .proc soubor pro postavení modelu.
read_results.m	Vytiskne .proc soubor pro čtení výsledků ze souboru .t16 a vytisknutí textového souboru s výsledky ve formě standardní mentatovské tabulky.
loadmarctab.m	Přečte standardní mentatovskou tabulku. Funguje obecně i pro více tabulek v jednom souboru.
fitstr0.m	Šikovný skriptík, který před nebo za libovolný řetězec znaků přidá daný počet nul.

Skripty lze stáhnout zde.

Systémové příkazy (použité i nepoužité)

V následující kapitole jsou uvedeny jen příklady příkazů, další parametry atd. lze nalézt v manuálu pro instalaci Marca marc_instal_instruct.pdf. Tento .pdf soubor lze nalézt po instalaci MSC.Marc v nabídce start, nebo v adresáři kam jste si MSC.Marc nainstalovali.

Tabulka 3: Systémové příkazy. Příkaz Matlabu dos() má tu výhodu, že jeho parametr je řetězec znaků. Ten lze pochopitelně libovolně tvořit i s pomocí textových proměnných.

Spouštění MSC.Mentatu a otevření vybraného modelu
Zápis do příkazové řádky windows	mentat model.mud
Zápisy příkazu v Matlabu	!mentat model.mud dos(′mentat model.mud′)
Spouštění MSC.Mentatu na pozadí a tak aby se rovnou provedly příkazy v souboru postav_model.proc
Zápis do příkazové řádky windows	mentat postav_model.proc -bg
Zápisy příkazu v Matlabu	!mentat postav_model.proc -bg dos(′mentat postav_model.proc -bg′)
Spouštění MSC.Marc tak aby provedl výpočet modelu model.dat na popředí.
Zápis do příkazové řádky windows	run_marc -j model -b no run_marc -job model -back no
Zápisy příkazu v Matlabu	!run_marc -j model -b no dos(′run_marc -j model -b no′) !run_marc -job model -back no dos(′run_marc -job model -back no′)
Spouštění MSC.Marc tak aby provedl výpočet modelu model.dat na pozadí s knihovnou subroutin sub.f.
Zápis do příkazové řádky windows	run_marc -j model -b yes -u sub run_marc -job model -back yes -user sub
Zápisy příkazu v Matlabu	!run_marc -j model -b yes -u sub dos(′run_marc -j model -b yes -u sub′) !run_marc -job model -back yes -user sub dos(′run_marc -job model -back yes -user sub′)

Ukázka automatického výpočtu

V následujících obrázcích jsou ukázány výsledky z analýzy vlivu umístění styku levé podpěry a mostovky na tvary kmitu a hodnotu první vlastní frekvence. Tato analýza je nastavena v .m souborech, které si můžete stáhnout zde. Ve skriptech se nebojte dělat změny a zkoumat co a jak funguje, jen tak se naučíte principům parametrické tvorby modelů.

Předpokládejme, že výsledky jsou dobře a model je konzistentní s realitou (pozn. autora: To samozřejmě není, protože jde jen o jednoduchý nosníkový model.). Pak lze usuzovat, že nejsou vlastní tvary kmitu příslušné první vlastní frekvenci stejné a typ vlastního tvaru kmitu výrazně závisí na pozici styku dvou částí mostu.