Analyse de squelette planaire avec Python (3) Création d'un diagramme de force en coupe
Aperçu
J'ai créé un programme pour créer un diagramme de force en coupe à partir des résultats de l'analyse de la structure du cadre plan effectuée avec Python. Il n'est pas polyvalent et on suppose qu'il sera réécrit et utilisé au besoin. La partie réécrite sera principalement l'échelle de la plage de dessin et la force transversale. Comme les couleurs ne sont pas élaborées, je pense qu'il faut le réécrire en fonction de l'humeur du moment.
Diagramme pouvant être produit
- Diagramme de force axiale
- Diagramme de force de cisaillement
- Diagramme des moments
- Diagramme du mode de déplacement
Que fais tu
- Créer un diagramme de force en coupe / diagramme de mode de déplacement en utilisant matplotlib avec un programme Python
- Imaginez vous attacher à un rapport, créer un pdf avec TeX et le convertir en png avec ImageMagick
Exemple de diagramme de sortie
Programme de création de diagramme de force sectionnelle
Comme point que j'ai conçu, lors de l'écriture des valeurs maximales et minimales de la force transversale et du déplacement dans le graphique, ces valeurs numériques sont des "légendes" afin de donner de la polyvalence à la spécification de la position et du format d'écriture. Est-ce écrit comme?
Dans le programme, la partie commune du dessin de matplotlib est décrite une fois, de sorte que chaque diagramme de force de section transversale est dessiné dans une boucle for.
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()
Commande TeX
Par TeX, quatre graphiques sont organisés en une feuille horizontale A3.
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}
Script d'exécution de la commande TeX
convert est une commande ImageMagick qui supprime les marges du pdf et le convertit en image png.
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
c'est tout
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