#シリーズ目次
- 有限要素法(FEM) を python で作成する ～vba→python 翻訳編～
- 有限要素法(FEM) を python で作成する ～damyarouさんのいじくる編～
- 有限要素法(FEM) を python で作成する ～行列の解法編～（予定）
vba→python 翻訳編 の概要
構想をざっくり説明しますと
有限要素法(FEM) を python で作成しよう
まずは、～vba→python 翻訳編～ としましてこの書籍のエクセルサンプル 5-1 三次元骨組解析.xls(以下サンプル) をpython で書き直してみようと思います。
![41N5A3TAQXL.SX332_BO1,204,203,200[1].jpg](https://qiita-user-contents.imgix.net/https%3A%2F%2Fqiita-image-store.s3.amazonaws.com%2F0%2F142847%2F5eafb41d-020e-b2fe-475a-992737d64922.jpeg?ixlib=rb-4.0.0&auto=format&gif-q=60&q=75&s=91350aee38c2391e2e6df7bbc3c35805)
エクセル有限要素法入門 骨組構造解析編 (Excel土木講座)
翻訳は下記のように サンプル → python に翻訳していきます。
Private Sub cmd計算_Click()
Dim I As Long
Dim NEQ As Integer
For I = 1 To 配列上限
AJCB(I) = 0
Next
Call データ入力
Call SKYマトリックス(NEQ)
For I = 1 To NEQ
FORCE(I) = 0
Next I
Call 分布荷重振り分け
Call 外力add
Call decomp(NEQ)
Call redbak(NEQ)
Call 変位計算
Call 力とモーメントの計算
Call 結果出力
MsgBox "解析が終わりました"
End Sub
from Calcrate import Calcrate
if __name__ == "__main__":
cal = Calcrate()
NEQ = 0
cal.データ入力()
cal.SKYマトリックス(NEQ)
cal.分布荷重振り分け()
cal.外力add()
cal.decomp(NEQ)
cal.redbak(NEQ)
cal.変位計算()
cal.力とモーメントの計算()
cal.結果出力()
print("解析が終わりました")
環境条件
私の環境は下記の通りです。
OS
- windows 7 Home premium Sp1
開発環境
- python 3.5.2
- Anaconda 4.2.0(64-bit)
- pandas 0.18.1
- numpy 1.12.0
- tensorflow 0.12.0re1
まずは動かしてみよう
はじめにソースコードをダウンロードします。
サンプル 5-1 三次元骨組解析.xls は本の案内にしたがってダウンロードしてください。
このエクセルVBA を python に翻訳していきます。
python に翻訳したソースはここにおいておきます。
$ git clone -b "#1" https://github.com/sasaco/FramePython.git
環境が整ったら、ソースコードのディレクトリに移動して、framecalc.pyを叩くと解析が始まります。
"解析が終わりました" と出れば、正しく解析が行われました。
$ cd FramePython
$ python framecalc.py
$ 解析が終わりました
python プログラムの仕様
データの入出力について
サンプルエクセルは シート**[入力1][入力2]をインプットデータとし,
シート[計算・出力]**に解析結果を格納しています。
翻訳した python プログラムは、エクセルのシートと連携してないので、
サンプルエクセルの シート**[入力1][入力2][計算・出力]**を csv に変換したファイルを入出力に用います。
配列の添字について
vba の配列は 1～
Range(1,1)
python の配列は 0～
Range[0][0]
なので、翻訳する際に注意が必要だった。
描画機能について
サンプルエクセルの描画機能は python に移植しない
解析結果の比較
ひとまず vba→python の翻訳作業が終わったので、両者の解析結果を比較してみました
ほぼ 0 の小さい値 は誤差があるが、まあまあな再現度ではないでしょうか
サンプルエクセル の 解析結果（抜粋）
| 変位 | REACT | 要素 | |||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| X | Y | Z | angX | angY | angZ | Rx | Ry | Rz | Mx | My | Mz | 節点 | Fx | Fy | Fz | Mx | My | Mz | |||||
| 1 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 1 | 3.49E+01 | 408.073 | 20.088 | 31.400 | 1.73E-16 | -17.837 | 1 | 1 | 408.073 | -34.929 | 20.088 | 1.73E-16 | -31.400 | -17.837 | ||
| 2 | 2.30E-03 | -2.59E-02 | -1.23E-04 | 1.17E-04 | -6.91E-21 | -2.08E-03 | 2 | -5.00E-15 | -76.000 | 0.000 | 48.000 | 1.28E-14 | -75.000 | 2 | -408.073 | 34.929 | -20.088 | -1.73E-16 | -48.953 | -121.877 | |||
| 3 | 1.17E-02 | -4.30E-02 | 2.04E-04 | 2.42E-04 | 4.04E-19 | -3.80E-03 | 3 | -1.46E-13 | -78.000 | 0.000 | 48.000 | -3.70E-14 | -75.000 | 2 | 2 | 269.653 | -44.737 | 22.027 | -1.03E-14 | -34.644 | -46.608 | ||
| 4 | 2.76E-02 | -5.04E-02 | 1.19E-03 | 4.20E-04 | -5.62E-19 | -5.41E-03 | 4 | 9.19E-14 | -56.000 | 0.000 | 42.667 | 3.56E-13 | -66.667 | 3 | -269.653 | 44.737 | -22.027 | 1.03E-14 | -53.464 | -132.339 | |||
| 5 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 5 | 7.02E+00 | 623.968 | 20.088 | 31.400 | -6.73E-15 | 29.101 | 3 | 3 | 116.788 | -45.660 | 18.809 | 2.42E-14 | -24.329 | -50.990 |
pythonプログラム の 解析結果（抜粋）
| 変位 | REACT | 要素 | |||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| X | Y | Z | angX | angY | angZ | Rx | Ry | Rz | Mx | My | Mz | 節点 | Fx | Fy | Fz | Mx | My | Mz | |||||
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 34.9286048 | 408.0727049 | 20.08821182 | 31.40032555 | -9.49E-15 | -17.83716034 | 1 | 1 | 408.0727049 | -34.9286048 | 20.08821182 | -9.49E-15 | -31.40032555 | -17.83716034 | ||
| 2 | 0.002298747 | -0.025909378 | -0.000123095 | 0.000117015 | 3.79E-19 | -0.002080804 | 2 | -1.91E-14 | -76 | -3.11E-15 | 48 | 1.46E-14 | -75 | 2 | -408.0727049 | 34.9286048 | -20.08821182 | 9.49E-15 | -48.95252174 | -121.8772589 | |||
| 3 | 0.011665227 | -0.043030177 | 0.000204306 | 0.000242481 | 8.13E-19 | -0.003795417 | 3 | -6.95E-14 | -78 | -6.66E-15 | 48 | -1.17E-13 | -75 | 2 | 2 | 269.6525828 | -44.73675837 | 22.02695187 | -1.08E-14 | -34.64397073 | -46.60823232 | ||
| 4 | 0.027638145 | -0.050445274 | 0.001194231 | 0.000419675 | 6.78E-19 | -0.005408655 | 4 | -2.39E-13 | -56 | 3.55E-14 | 42.66666667 | -2.39E-13 | -66.66666667 | 3 | -269.6525828 | 44.73675837 | -22.02695187 | 1.08E-14 | -53.46383676 | -132.3388011 | |||
| 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | 7.022385521 | 623.9683925 | 20.08821182 | 31.40032555 | -4.93E-15 | 29.10143338 | 3 | 3 | 116.7877789 | -45.66043605 | 18.80913902 | 3.39E-15 | -24.32874619 | -50.9899696 |
次回
とりあえず似たような結果が出るところまでは、出来ました。
次回は、
- 解析部分のクラスを分ける
- 行列の解法を python らしく
など考えています。
この記事は 現在進行中の企画ですので、
まだ 完成していません。
現在の プログラムの状態は master ブランチにあります。
https://github.com/sasaco/FramePython/tree/master
上記のうち何かの修正を開始しているかもしれません
興味のある方 はご連絡ください。