Planare Skelettanalyse mit Python (3) Erstellung eines Querschnittskraftdiagramms
Überblick
Aus den Ergebnissen der mit Python durchgeführten Analyse der ebenen Rahmenstruktur habe ich ein Programm zur Erstellung eines Kraftquerschnittsdiagramms erstellt. Es ist nicht vielseitig und es wird davon ausgegangen, dass es bei Bedarf neu geschrieben und verwendet wird. Der umgeschriebene Teil ist hauptsächlich der Maßstab des Zeichenbereichs und die Querschnittskraft. Da die Farben nicht aufwendig sind, denke ich, dass sie entsprechend der damaligen Stimmung umgeschrieben werden sollten.
Diagramm, das ausgegeben werden kann
- Axialkraftdiagramm
- Scherkraftdiagramm
- Momentendiagramm
- Verschiebungsmodusdiagramm
Was machst du
- Erstellen Sie mit matplotlib mit einem Python-Programm ein Querschnittskraftdiagramm / Verschiebungsmodusdiagramm
- Stellen Sie sich vor, Sie hängen an einem Bericht an, erstellen mit TeX ein PDF und konvertieren es mit ImageMagick in PNG
Beispiel für ein Ausgabediagramm
Programm zur Erstellung eines Schnittkraftdiagramms
Als Punkt, den ich mir ausgedacht habe, sind diese numerischen Werte beim Schreiben der Maximal- und Minimalwerte für Querschnittskraft und Verschiebung in der Grafik "Legende", um der Spezifikation der Schreibposition und des Schreibformats Vielseitigkeit zu verleihen. Ist es geschrieben als?
Im Programm wird der gemeinsame Teil in der Zeichnung von matplotlib einmal beschrieben, so dass jedes Querschnittskraftdiagramm in einer for-Schleife gezeichnet wird.
py_force.py
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import sys
def calc(ne,node,x,y,d1,d2):
i=node[0,ne]-1
j=node[1,ne]-1
x1=x[i]
y1=y[i]
x2=x[j]
y2=y[j]
al=np.sqrt((x2-x1)**2+(y2-y1)**2)
theta=np.arccos((x2-x1)/al)
x4=x1-d1[ne]*np.sin(theta)
y4=y1+d1[ne]*np.cos(theta)
x3=x2-d2[ne]*np.sin(theta)
y3=y2+d2[ne]*np.cos(theta)
return x1,x2,x3,x4,y1,y2,y3,y4
# Main routine
args = sys.argv
fnameR=args[1] # input data file
f=open(fnameR,'r')
text=f.readline()
text=f.readline()
text=text.strip()
text=text.split()
npoin=int(text[0]) # Number of nodes
nele =int(text[1]) # Number of elements
nsec =int(text[2]) # Number of sections
npfix=int(text[3]) # Number of restricted nodes
nlod =int(text[4]) # Number of loaded nodes
x =np.zeros(npoin,dtype=np.float64) # Coordinates of nodes
y =np.zeros(npoin,dtype=np.float64) # Coordinates of nodes
node=np.zeros([2,nele],dtype=np.int) # Node-element relationship
disx=np.zeros(npoin,dtype=np.float64) # Coordinates of nodes
disy=np.zeros(npoin,dtype=np.float64) # Coordinates of nodes
N1 =np.zeros(nele,dtype=np.float64) # Section force vector
S1 =np.zeros(nele,dtype=np.float64) # Section force vector
M1 =np.zeros(nele,dtype=np.float64) # Section force vector
N2 =np.zeros(nele,dtype=np.float64) # Section force vector
S2 =np.zeros(nele,dtype=np.float64) # Section force vector
M2 =np.zeros(nele,dtype=np.float64) # Section force vector
text=f.readline()
for i in range(0,nsec):
text=f.readline()
text=f.readline()
for i in range(0,npoin):
text=f.readline()
text=text.strip()
text=text.split()
x[i]=float(text[1]) # x-coordinate
y[i]=float(text[2]) # y-coordinate
text=f.readline()
for i in range(0,nele):
text=f.readline()
text=text.strip()
text=text.split()
node[0,i]=int(text[1]) #node_1
node[1,i]=int(text[2]) #node_2
text=f.readline()
for i in range(0,npoin):
text=f.readline()
text=text.strip()
text=text.split()
disx[i]=float(text[1]) # displacement in x-direction
disy[i]=float(text[2]) # displacement in y-direction
text=f.readline()
for i in range(0,nele):
text=f.readline()
text=text.strip()
text=text.split()
N1[i]=-float(text[1]) # axial force at node-1
S1[i]= float(text[2]) # shear force at node-1
M1[i]= float(text[3]) # moment at node-1
N2[i]= float(text[4]) # axial force at node-2
S2[i]=-float(text[5]) # shear force at node-2
M2[i]=-float(text[6]) # moment at node-2
f.close()
nmax=np.max([np.max(np.abs(N1)),np.max(np.abs(N2))])
smax=np.max([np.max(np.abs(S1)),np.max(np.abs(S2))])
mmax=np.max([np.max(np.abs(M1)),np.max(np.abs(M2))])
dmax=np.max([np.max(np.abs(disx)),np.max(np.abs(disy))])
xmin=-3
xmax=13
ymin=-3
ymax=9
scl_dis=1.0
scl_axi=1.0
scl_she=1.0
scl_mom=2.0
for nnn in range(0,4):
ax=plt.subplot(111)
ax.set_xlim([xmin,xmax])
ax.set_ylim([ymin,ymax])
ax.set_xlabel('x-direction (m)')
ax.set_ylabel('y-direction (m)')
ax.spines['right'].set_visible(False)
ax.spines['top'].set_visible(False)
ax.yaxis.set_ticks_position('left')
ax.xaxis.set_ticks_position('bottom')
aspect = (ymax-ymin)/(xmax-xmin)*(ax.get_xlim()[1] - ax.get_xlim()[0]) / (ax.get_ylim()[1] - ax.get_ylim()[0])
ax.set_aspect(aspect)
if nnn==0:
# displacement
fnameF='fig_dis.png'
ls1='disx_max={0:15.7e}'.format(np.max(disx))
ls2='disx_min={0:15.7e}'.format(np.min(disx))
ls3='disy_max={0:15.7e}'.format(np.max(disy))
ls4='disy_min={0:15.7e}'.format(np.min(disy))
dx=x+disx/dmax*scl_dis
dy=y+disy/dmax*scl_dis
for ne in range(0,nele):
n1=node[0,ne]-1
n2=node[1,ne]-1
ax.plot([x[n1],x[n2]],[y[n1],y[n2]],color='gray',linewidth=0.5)
ax.plot([dx[n1],dx[n2]],[dy[n1],dy[n2]],color='black',linewidth=1)
if nnn==1:
# axial force diagram
fnameF='fig_axi.png'
ls1='N_max={0:15.7e}'.format(np.max([np.max(N1),np.max(N2)]))
ls2='N_min={0:15.7e}'.format(np.min([np.min(N1),np.min(N2)]))
ls3=''
ls4=''
d1=N1/nmax*scl_axi
d2=N2/nmax*scl_axi
for ne in range(0,nele):
x1,x2,x3,x4,y1,y2,y3,y4=calc(ne,node,x,y,d1,d2)
if d1[ne]<=0.0: # compression
ax.fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],color='black',alpha=0.1)
else: # tension
ax.fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],color='black',alpha=0.2)
for ne in range(0,nele):
n1=node[0,ne]-1
n2=node[1,ne]-1
plt.plot([x[n1],x[n2]],[y[n1],y[n2]],color='black',linewidth=0.5)
if nnn==2:
# shearing force
fnameF='fig_she.png'
ls1='S_max={0:15.7e}'.format(np.max([np.max(-S1),np.max(-S2)]))
ls2='S_min={0:15.7e}'.format(np.min([np.min(-S1),np.min(-S2)]))
ls3=''
ls4=''
d1=S1/smax*scl_she
d2=S2/smax*scl_she
for ne in range(0,nele):
x1,x2,x3,x4,y1,y2,y3,y4=calc(ne,node,x,y,d1,d2)
ax.fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],color='black',alpha=0.1)
for ne in range(0,nele):
n1=node[0,ne]-1
n2=node[1,ne]-1
ax.plot([x[n1],x[n2]],[y[n1],y[n2]],color='black',linewidth=0.5)
if nnn==3:
# moment
fnameF='fig_mom.png'
ls1='M_max={0:15.7e}'.format(np.max([np.max(-M1),np.max(-M2)]))
ls2='M_min={0:15.7e}'.format(np.min([np.min(-M1),np.min(-M2)]))
ls3=''
ls4=''
d1=M1/mmax*scl_mom
d2=M2/mmax*scl_mom
for ne in range(0,nele):
x1,x2,x3,x4,y1,y2,y3,y4=calc(ne,node,x,y,d1,d2)
ax.fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],color='black',alpha=0.1)
for ne in range(0,nele):
n1=node[0,ne]-1
n2=node[1,ne]-1
ax.plot([x[n1],x[n2]],[y[n1],y[n2]],color='black',linewidth=0.5)
ax.plot(xmin,ymin,'.',label=ls1)
ax.plot(xmin,ymin,'.',label=ls2)
ax.plot(xmin,ymin,'.',label=ls3)
ax.plot(xmin,ymin,'.',label=ls4)
ax.legend(loc='upper right',numpoints=1,markerscale=0, frameon=False,prop={'family':'monospace','size':12})
plt.savefig(fnameF, bbox_inches="tight", pad_inches=0.2)
plt.clf()
TeX-Befehl
Mit TeX werden vier Diagramme in einem horizontalen A3-Blatt angeordnet.
tex_fig_tex
\documentclass[english]{jsarticle}
\usepackage[a3paper,landscape,top=25mm,bottom=25mm,left=25mm,right=25mm]{geometry}
\usepackage[dvipdfmx]{graphicx}
\pagestyle{empty}
\begin{document}
\begin{center}
\begin{tabular}{|c|c|}\hline
\begin{minipage}{14.0cm}\vspace{0.2zh}\includegraphics[width=14.0cm,bb={0 0 715 568}]{fig_axi.png}\end{minipage}&
\begin{minipage}{14.0cm}\vspace{0.2zh}\includegraphics[width=14.0cm,bb={0 0 715 568}]{fig_mom.png}\end{minipage}\\
\LARGE \textsf{Axial force} & \LARGE \textsf{Moment} \\ \hline
\begin{minipage}{14.0cm}\vspace{0.2zh}\includegraphics[width=14.0cm,bb={0 0 715 568}]{fig_she.png}\end{minipage}&
\begin{minipage}{14.0cm}\vspace{0.2zh}\includegraphics[width=14.0cm,bb={0 0 715 568}]{fig_dis.png}\end{minipage}\\
\LARGE \textsf{Shearing force} & \LARGE \textsf{Displacement mode} \\ \hline
\end{tabular}
\end{center}
\centerline{\LARGE \textsf{Fig Section Force Diagrams}}
\end{document}
TeX-Befehlsausführungsskript
convert ist ein ImageMagick-Befehl, der Ränder aus PDF entfernt und in ein PNG-Bild konvertiert.
a_tex.txt
platex tex_fig.tex
dvipdfmx -p a3 tex_fig.dvi
convert -trim -density 400 tex_fig.pdf -bordercolor 'transparent' -border 20x20 -quality 100 tex_fig.png
das ist alles
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