โปรแกรมไมโครคอมพิวเตอร์ซึ่งใช้วิธีฟรอนทัล ในการวิเคราะห์โครงสร้างชนิดโครงระนาบ

A frontal solver microcomputer programme for analysis of plane frame structures

Name: ภาณุวัฒน์ คุรุรัตน์

ThaSH: ไมโครคอมพิวเตอร์ -- การเขียนโปรแกรม

ThaSH: โปรแกรมคอมพิวเตอร์

Abstract: งานวิจัยนี้ได้ศึกษาถึงการวิเคราะห์โครงสร้างชนิดโครงระนาบ (Plane Frame) ด้วยวิธีฟรอนทัล (Frontal Method) ซึ่งเป็นการรวม (Assemble) สัมประสิทธิ์ของ สติฟเนสเมทริกซ์ และเวคเตอร์ของแรง (Load Vector) เข้าด้วยกันทีละชิ้นส่วนย่อย และในขณะเดียวกันก็ทำการกำจัด (Reduce) ค่าดีกรีของความอิสระของขั้วที่ไม่ได้ต่อกับชิ้นส่วนต่อไปด้วย ทั้งนี้โดยใช้วิธีขจัดของเกาซ์ (Gauss Elimination) งานวิจัยนี้เขียนโปรแกรมขึ้นเพื่อใช้กับไมโครคอมพิวเตอร์ (Microcomputer) เป็นภาษาเบสิก (Applesoft BASIC) ในวิธีฟรอนทัลข้อมูลส่วนใหญ่ถูกเก็บไว้ในแผ่นจานแม่เหล็ก (Diskette) ทำให้เสียเนื้อที่ความจำหลักของเครื่องน้อยมาก จึงทำให้สามารถวิเคราะห์โครงสร้างขนาดใหญ่ที่มีจุดต่อมาก ๆ ได้ ผลลัพธ์ที่ได้ออกมาจากการวิเคราะห์ เป็นค่าการเคลื่อนที่ที่ขั้ว อันได้แก่ ค่าการเคลื่อนที่ในทิศทาง X ค่าการเคลื่อนที่ในทิศทางY และค่าการหมุนรอบแกน Z นอกจากนี้ยังคำนวณหาค่าแรง ภายในที่ปลายของชิ้นส่วนย่อย อันได้แก่ แรงตามแนวแกน (Axial Force) แรงเฉือน (Shear Force) และแรงดัด (Moment) ได้ด้วย จากตัวอย่างที่ได้ทำการศึกษา 4 ตัวอย่าง ซึ่งมีทั้งโครงสร้างขนาดเล็กและใหญ่ ผลลัพธ์ที่ได้มีค่าใกล้เคียงกับผลที่ได้จากเครื่องเมนเฟรม และผลจากวิธีอื่น ค่าความผิดพลาด (Solution Error) ที่คำนวณได้มีค่าน้อยมาก จะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อโครงสร้างมีขนาดใหญ่ขึ้น แต่ก็อยู่ในพิสัยที่ยอมรับได้ วิธีฟรอนทัลนี้เมื่อนำมาประยุกต์กับไมโครคอมพิวเตอร์ในการวิเคราะห์โครงสร้างขนาดเล็ก มีข้อเสียคือต้องใช้เวลาในการวิเคราะห์มาก เมื่อเทียบกับวิธีวิเคราะห์เชิงเมทริกซ์ชนิดที่สามารถเก็บข้อมูลสัมประสิทธิ์ของสติฟเนสเมทริกซ์และเวคเตอร์ของแรงทั้งหมดไว้ในหน่วยความจำหลักได้ ทั้งนี้เพราะวิธีฟรอนทัลมีการอ่านและบันทึกข้อมูลส่วนใหญ่ลงบนแผ่นจานแม่เหล็ก ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับวิเคราะห์โครงสร้างขนาดใหญ่ซึ่งไม่สามารถเก็บข้อมูลสัมประสิทธิ์ของสติฟเนสเมทริกซ์และเวคเตอร์ของแรงไว้ในหน่วยความจำหลักทั้งหมด โดยที่การศึกษานี้ได้แสดงให้เห็นว่าความผิดพลาดของผลลัพธ์จากการใช้วิธีฟรอนทัลมีค่าน้อยมาก และสามารถนำเอาวิธีการไปใช้วิเคราะห์โครงสร้างขนาดใหญ่ได้ จึงพอสรุปได้ว่าโปรแกรมและวิธีการดังกล่าวน่าจะเหมาะสมที่จะใช้ในการคำนวณออกแบบโครงสร้างชนิดโครงระนาบโดยใช้ไมโครคอมพิวเตอร์ได้เป็นอย่างดี

Abstract: This research presents a frontal solver microcomputer programme for analysis of plane frame structures. The programme is written in BASIC (Applesoft BASIC). The frontal process assembles coefficients of member stiffness matrices and load vectors, and simultaneously reduces those degrees of freedom of nodes which are unconnected with nodes of members not yet assembled by Gauss elimination. The frontal method requires minimum RAM storage because most of the data are saved on diskette. Therefore the method can be used to analyze structures that have many nodes. The results obtained are displacements at nodes (ie. translation in X and Y directions and rotation about z axis) and member forces (ie. axial force, shear force and moment). From four studied examples which consist of small and large structures, the results showed good agreement with the results using a mainframe computer and other results. The computed solution error was small, increasing as the size of the structure becomes larger but remains within acceptable limits. The frontal method has the dis-advantage that when used on a microcomputer to analyze small structures, it requires large solution time compared with matrix methods that store stiffness coefficients and load vectors in the high-speed memory because the frontal method demands relatively large amount of data transfer to and from diskette. The method is therefore suited to analysis of large structures, for which the global stiffness matrix and load vectors cannot be contained in the high-speed memory. This study has indicated that negligible solution error results from use of the frontal method and that the method could advantageously be used to analyze large structures. It can therefore be concluded that the technique and the developed computer programme may effectively be used for designing plane frame structures by the microcomputer.

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: เริงเดชา รัชตโพธิ์

Role: ที่ปรึกษา

Created: 2527

Modified: 2561-03-12

Issued: 2561-03-06

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/28857

ISBN: 9745639249

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมโยธา

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Parnuwat_cu_front.pdf	8.16 MB
2	Parnuwat_cu_ch1.pdf	2.69 MB
3	Parnuwat_cu_ch2.pdf	7.11 MB
4	Parnuwat_cu_ch3.pdf	1.85 MB
5	Parnuwat_cu_ch4.pdf	4.31 MB
6	Parnuwat_cu_ch5.pdf	5.66 MB
7	Parnuwat_cu_ch6.pdf	3.55 MB
8	Parnuwat_cu_back.pdf	39.88 MB

ใช้เวลา

0.051245 วินาที