Файл: Бакиров Р.О. Применение современных электронных вычислительных машин при расчете и проектировании конструкций инженерных сооружений учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 111
Скачиваний: 0
Стандартные программы матричных операций
С точки зрения автоматизации расчета и проектирования мате матические зависимости задачи целесообразно формулировать в матричной форме, так как обычно любая машина имеет набор стандартных программ для матричных операций: сложение, пере множение, транспонирование, обращение матриц и другие матрич ные операции. В частности, для ЭЦВМ «Урал-2» программы мат ричных операций можно найти в работах [2], [17], [18], [26] и др.
Описание задачи для производства матричных операций заклю чается в представлении в ВЦ интересующих матриц и указании всех действий, которые над ними необходимо произвести.
Например, если необходимо найти обратную матрицу, то содер жание задания в ВЦ может быть следующим.
Дана неособенная матрица
оп . |
• а 1 п ' |
|
(13) |
- a n l • |
■ а пп - |
где
det А ф- 0.
Требуется найти обратную ей матрицу А-1 и выдать на печать ее элементы. Обращение матрицы произвести по одной из имею щихся в ВЦ стандартных программ. На печать выдать два экземп ляра матрицы А-1. Указывается желательный срок выполнения задания.
Стандартная программа вычисления определенного йнтеграла
Как известно, при решении многих задач встречаются так назы
ваемые не берущиеся интегралы. Таковы интегралы: |
|
||
/ |
3 |
3 |
|
У = у - хЧ х \ у = |
У= | |
dx |
|
0 |
2 |
2 |
|
и многие другие. В этих случаях для получения числового резуль тата приходится прибегать к методам численного анализа, реали зация которых обычными методами требует слишком много време ни. Для вычисления определенного интеграла на ЭЦВМ разрабо тано несколько стандартных программ [16], [27]. Поэтому если тре буется на машине вычислить определенный интеграл с заданной точностью е, то в ВЦ представляется задание следующего содер жания.
Дан определенный интеграл
У — | / (х) dx, |
(14) |
а
где
а = 1 0 , р = 144.
40
Подынтегральная функция в заданном интервале не имеет ни каких особенностей (при наличии особенностей последние тщатально поясняются).
Требуется вычислить интеграл (14) с точностью е^ Ю -6. Желательный срок выполнения задания — месяц, год.
Стандартная программа решения обыкновенных дифференциальных уравнений
При динамическом расчете инженерных сооружений встреча ются обыкновенные дифференциальные уравнения вида
у(,!)= /Ц > у, у ° , у(,,), • • •, У "-1»), |
(15) |
решение которых получить в замкнутом виде не всегда удается. Чтобы довести решение задачи до числа, в этих случаях приходится прибегать к численным методам, реализация которых в практиче ски приемлемые сроки часто может быть осуществлена лишь с привлечением ЭЦВМ.
Для решения обыкновенных дифференциальных уравнений, при заданных начальных условиях, имеется обширный аппарат числен ного анализа. Для большинства из них разработаны соответствующение стандартные программы [21]. В частности, для ЭЦВМ «Урал-2» используются СП, реализующие методы Эйлера, Адамса, Рунге-Кутта. Следует однако заметить, что все эти программы разработаны применительно к нормальным системам дифферен циальных уравнений, т. е. к системам уравнений, каждая из кото рых первого порядка.
Приведение дифференциального уравнения n-го порядка к нор мальному виду осуществляется следующим образом.
Пусть дана система (15). Обозначив
У' = Уь у " = У*. • • • , У"_1) = Уп- 1 |
(16) |
получим эквивалентную нормальную систему:
(17)
У »-1°=/(*. У> У и Уг , - • •. У п - i ) -
Под решением этой системы при начальных условиях
У (0) = Уо, Ух (0) =»у10, . . . , у п_х(0) = у„_1>0 |
(18) |
подразумевается совокупность функций
У , У и - |
, У п - и |
( 19) |
которые, будучи подставлены (17), обращают их в тождества.
41
Задание в ВЦ для решения нормальной системы обыкновенных дифференциальных уравнений может иметь приводимое ниже со держание.
Дана система дифференциальных уравнений:
У ' = У ь |
|
Ух' — Уа; |
(20) |
у'— 1 = / ( * . У. Уи У*, • |
Ул-ъ <*, Р). |
Требуется найти решение системы (20) при следующих началь ных условиях:
У (0 )= у 0. У1 (0) = Ую, • • • , Ул- i (0) = |
(21) |
В результате решения задачи на машине выдать на печать зна чения функций
У, Уи У2.............У л -:;
при варьировании величинами: |
|
|
|
^ it i |
== If |
2, i |
. . , /£j, |
РУ, У “ 1,2, |
П о . |
||
На всем интервале времени |
|
|
|
|
t = 0 |
т |
|
выходные результаты выдавать с шагом, равным |
|||
Порядок выдачи результатов: |
|
|
|
— для каждого значения |
at |
выдаются данные при всех вари |
|
антах Ру-; |
|
|
|
— внешний цикл по ah |
внутренний — по Р; . |
Особые требования к программе:
—выдача каждого варианта по Ру отделяется от другого оди нарным интервалом; при перемене значения а; поставить двой ной интервал;
—программа должна быть пригодной для многократного ис пользования при произвольных значениях и величинах всех кон стант (величины и шаги изменения варьируемых параметров при лагаются);
—программный и числовой материал желательно иметь наби тым на отдельные перфоленты: НПЛ-1 программный материал (не изменный); НПЛ-2 числовой материал (изменяющийся в зависи мости от потребности заказчика);
—выходные результаты представить в табличном виде (обра зец таблицы прилагается).
Указывается желательный срок выполнения задания.
42
Стандартная программа оценки корней избыточных систем линейных алгебраических уравнений
Многие задачи, в которых применяется метод наименьших квад ратов, сводятся к решению избыточных несовместных систем видаг
S W = Уь * “ 1, 2, . . . , л; / > у . |
(22> |
1~о |
|
Например, при экспериментальном изучении распространения волн сжатия в грунтах получают ряд точек
y t(x t), * = 1, 2, |
, п, |
(23> |
характеризующих изменение давления в волне сжатия в грунте с глубиной. Иногда по внешнему виду расположения этих точек уда ется выбрать класс функций, к которому может*принадлежать эта экспериментальная кривая. Например, если экспериментальную за висимость аппроксимировать (заменить) полиномом т -й степени
то
Л Л *,) = 2 |
(24> |
) = 0 |
|
то, приравняв (23) и (24), придем к решению системы (22).
Примеры подобной ситуации встречаются [3] также при экспе риментальном исследовании напряженного состояния конструкции многоточечным тензометрированием, когда в отдельных точках пластин или сечениях стержней наклеиваются розетки датчиков омического сопротивления. Для решения избыточных систем вида (22) можно использовать стандартную программу [4].
Программа позволяет одновременно находить оценки корней к переопределенных систем вида:
|
AM . х м |
= ДМ, |
(25) |
где |
[ам ]тг хм ~ |
[хД,. ь ДМ = [ЬМ]тгЛ |
|
Д w = |
|
||
(г = 1, 2 |
к; i = 1, 2 |
т г\ у = 1, 2 |
(26) |
п). |
В связи с тем что система (25) избыточная и несовместная, точ ное значение корней найти не удается. Поэтому в программе пре дусмотрено определение оценок корней, а также определение интер валов, в которых находятся эти оценки с заданной вероятностью.
Если имеется необходимость решения избыточных систем ли нейных алгебраических уравнений, то задание в ВЦ, располагаю щий соответствующей программой, может иметь следующее содер жание.
43-
Даны избыточные несовместные системы:
= ДО)
где |
A W x w = B (k>, |
|
а<!> ' |
||
flll) • • • |
||
1л |
||
|
А * = |
а<»> . м о |
|
m„i |
/п и п |
ДО) = |
ЙО)! |
.......... д<*> = |
(27)
г |
а<?) . . . а<*> 1 |
|
|
|
1л |
- |
а(т 1 |
... а<*> |
m k' 1 |
m k ' nJ |
Г b [ h ) ]
•
L
Требуется найти оценки корней системы [27]
' *о>- |
г х <*) л |
|
№ = |
|
■*1 |
|
, . . . , *<*>= |
|
*0 ) |
- |
*■(*) |
л |
. Лп - |
а также доверительные интервалы, в которых лежат эти значения корней с вероятностью р (например, р = 0,99).
Порядок печати выходных результатов следующий:
—оценки корней заданных систем выдаются последовательно сначала для первой и так далее до последней;
—корни каждой системы отделяются друг от друга интерва
лом;
—после корней систем печатаются соответствующие довери тельные интервалы.
Указывается желательный срок выполнения задания.
Для того чтобы воспользоваться другими стандартными про граммами (см. приложение 1), необходимо познакомиться с их со держанием и написать соответствующее задание в вычислитель ный центр, по аналогии с приведенными выше.
ПРИМЕНЕНИЕ ТИПОВЫХ ПРОГРАММ
Одним из перспективных направлений автоматизации инженер но-технического труда следует считать разработку типовых алго ритмов и программ, дающих возможность производить решение це лого класса задач. Например, типовыми называются программы расчета плоских и пространственных стержневых систем, расчета и проектирования балок, фундаментов, арок, обделок подземных со оружений различного конструктивного решения, обработки резуль татов экспериментального исследования конструкции, проектиро вания оптимальных мостовых конструкций и т. д.
44