CHUYÊN ĐỀ B Lập Trình Xây Dựng Ma Trận Độ Cứng Tính Kết Cấu Khung Phẳng Bằng PP PTHH (JAVA) Chương 1 Giới thiệu chung về Java 1 1 Tổng quan về ngôn ngữ lập trình Java Java là một trong những ngôn ngữ.
CHUYÊN ĐỀ- B: Lập Trình Xây Dựng Ma Trận Độ Cứng Tính Kết Cấu Khung Phẳng Bằng PP PTHH (JAVA) Chương 1- Giới thiệu chung Java 1.1 Tổng quan ngơn ngữ lập trình Java Java ngơn ngữ lập trình mạnh sử dụng đông đảo phát triển phần mềm, trang web, game hay ứng dụng thiết bị di động Java ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng (tựa C++) Sun Microsystem đưa vào thập niên 90 Ngôn ngữ Java tảng Java phát triển cách mạng lớn lập trình Java ngơn ngữ lập trình thiết kế độc lập với hệ điều hành, cho phép người lập trình viết chương trình lần sử dụng đâu Ngơn ngữ Java có cú pháp giống với ngôn ngữ C/C++ (là ngôn ngữ mạnh dùng phổ biến nay) Tuy nhiên thay đổi nhiều để đáp ứng khả độc lập với hệ điều hành Nền tảng ngơn ngữ Java class Các class đóng vai trị đối tượng, người lập trình xây dựng ứng dụng sử dụng số class chuẩn hệ thống, đồng thời tự xây dựng class khác đáp ứng yêu cầu công việc Java ngơn ngữ dễ học, lược bớt lệnh thừa rườm rà C/C++ để người lập trình trọng vào việc viết chương trình Đồng thời, cịn hạn chế người lập trình khơng can thiệp q sâu vào hệ thống có độ bảo mật cao Và Java mạnh Interface mà ngôn ngữ trước chưa làm 1.2 Đặc điểm ngơn ngữ lập trình Java 1.2.1 Độc lập phần cứng hệ điều hành Một chương trình viết ngơn ngữ Java chạy tốt nhiều mơi trường khác Gọi khả "cross-platform” Khả độc lập phần cứng hệ điều hành thể cấp độ cấp độ mã nguồn cấp độ nhị phân Ở cấp độ mã nguồn: Kiểu liệu Java quán cho tất hệ điều hành phần cứng khác Java có riêng thư viện để hỗ trợ vấn đề Chương trình viết ngơn ngữ Java biên dịch nhiều loại máy khác mà không gặp lỗi Ở cấp độ nhị phân: Một mã biên dịch chạy nhiều tảng khác mà không cần dịch lại mã nguồn Tuy nhiên cần có Java Virtual Machine để thơng dịch đoạn mã 1.2.2 Đa luồng Java hỗ trợ lập trình đa tiến trình (multithread) để thực thi cơng việc đồng thời Đồng thời cung cấp giải pháp đồng tiến trình (giải pháp sử dụng priority ) 1.2.3 Cơ chế thu gom rác tự động Khi tạo đối tượng Java, JRE tự động cấp phát không gian nhớ cho đối tượng heap Với ngôn ngữ C \ C++, bạn phải yêu cầu hủy vùng nhớ mà bạn cấp phát, để tránh việc thất thoát vùng nhớ Tuy nhiên lý đó, người dùng khơng hủy vài vùng nhớ, dẫn đến việc thất thoát làm giảm hiệu chương trình Ngơn ngữ lập trình Java hỗ trợ điều thu dọn rác Java theo vết tài nguyên cấp Khi khơng có tham chiếu đến vùng nhớ, thu dọn rác tiến hành thu hồi vùng nhớ cấp phát 1.2.4 Ngôn ngữ thông dịch Ngơn ngữ lập trình thường chia làm loại ngôn ngữ thông dịch ngôn ngữ biên dịch Ngơn ngữ lập trình Java thuộc loại ngơn ngữ thơng dịch Chính xác hơn, Java loại ngơn ngữ vừa biên dịch vừa thông dịch Cụ thể sau Khi viết mã, hệ thống tạo tệp java Khi biên dịch mã nguồn chương trình biên dịch mã byte code Máy ảo Java (Java Virtual Machine) thông dịch mã byte code thành machine code (hay native code) nhận yêu cầu chạy chương trình Ưu điểm : Phương pháp giúp đoạn mã viết Java chạy nhiều tảng khác Với điều kiện JVM có hỗ trợ chạy tảng Nhược điểm : Cũng ngôn ngữ thông dịch khác, trình chạy đoạn mã Java chậm ngôn ngữ biên dịch khác (tuy nhiên mức chấp nhận được) 1.2.5 An toàn bảo mật Tính an tồn: Ngơn ngữ lập trình Java yêu cầu chặt chẽ kiểu liệu Dữ liệu phải khai báo tường minh Không sử dụng trỏ phép toán với trỏ Java kiểm sốt chặt chẽ việc truy nhập đến mảng, chuỗi Khơng cho phép sử dụng kỹ thuật tràn Do truy nhập khơng vượt q kích thước mảng chuỗi Q trình cấp phát giải phóng nhớ thực tự động Cơ chế xử lý lỗi giúp việc xử lý phục hồi lỗi dễ dàng Tính bảo mật: Java cung cấp mơi trường quản lý chương trình với nhiều mức khác Mức : Chỉ truy xuất liệu phương phức thông qua giao diện mà lớp cung cấp Mức : Trình biên dịch kiểm soát đoạn mã cho tuân thủ quy tắc ngơn ngữ lập trình Java trước thơng dịch Mức : Trình thơng dịch kiểm tra mã byte code xem đoạn mã có đảm bảo quy định, quy tắc trước thực thi Mức 4: Java kiểm soát việc nạp lớp vào nhớ để giám sát việc vi phạm giới hạn truy xuất trước nạp vào hệ thống 1.2.6 Java Virtual Machine(JVM) JVM (Máy ảo Java) phần mềm giả lập máy tính, tập hợp lệnh logic để xác định hoạt đơng máy Có thể xem hệ điều hành thu nhỏ JVM chuyển mã byte code thành machine code tùy theo môi trường tương ứng (gọi khả khả chuyển) JVM cung cấp mơi trường thực thi cho chương trình Java (gọi khả độc lập với nền) Sun MicroSystem chịu trách nhiệm thiết kế, phát triển máy ảo Java chạy hệ điều hành kiến trúc phần cứng khác Điều cho thấy có nhiều loại máy ảo Java 1.2.7 Java Swing Swing công cụ GUI hệ mà Sun Microsystems tạo Java Các lập trình viên sử dụng Swing để tạo ứng dụng Java có khả mở rộng với dãy nhiều thành phần mạnh mẽ Thêm vào đó, người dùng kế thừa chỉnh sửa thành phần để điều khiển việc hiển thị hành xử chúng Swing từ viết tắt Đó tên thay cho tập hợp lựa chọn cho người thiết kế dự án thực vào 1996 Swing thật phần gia đình rộng lớn sản phẩm Java biết đến Java Foundation Classes s(JFC) bao gồm nhiều đặc điểm Internet Foundation Classes Netscape bị ảnh hưởng thiết kế Taligent Lighthouse Design IBM Swing phát triển thật kể từ thời điểm beta JDK 1.1, khoảng mùa xuân 1997 Swing API beta đưa khoảng nửa cuối 1997 thức phát hành vào tháng năm 1998 Khi phát hành, thư viện Swing 1.0 chứa khoảng 250 lớp 80 giao tiếp Sự phát triển tiếp tục theo thời gian, Swing 1.4 chứa 85 giao tiếp public 451 lớp public Mặc dù Swing phát triển đơn lẻ từ lõi Java Development Kit, yêu cầu phải có tối thiểu JDK 1.1.5 để chạy Swing xây dựng dựa mơ hình event giới thiệu serie JDK 1.1 Người dùng sử dụng Swing với JDK 1.0.2, thêm vào phải có Java 1.1 cho phép trình duyệt hỗ trợ Swing Applet Java SDK 1.4 phát hành bao gồm nhiều lớp Swing cập nhật hỗ trợ vài đặc điểm Swing tích hợp đầy đủ trong cơng cụ nhà phát triển runtime environment tất phát hành Java (SDK 1.2 phiên cao hơn) chứa Java Plug-in Chương 2- Cơ sở lý thuyết sơ đồ thuật toán 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Khung phẳng hệ tọa độ riêng Xem xét cấu trúc khung, theo cấu trúc khung chia làm phần tử khung kết nối nút, phần tử có chiều dài L có nút đầu nó, phần tử nút đánh số riêng biệt cho thuận tiện Trong phần tử khung phẳng có bậc tự nút hệ tọa độ địa phương Tại có thành phần chuyển vị(Ux, Uy, Φ), biến dạng u dọc trục theo ), biến dạng u dọc trục theo hướng x; hướng y, góc xoay Φ), biến dạng u dọc trục theo mặt phẳng Oxy quanh trục y Và thành phần lực (Fx, Fy M).Vậy phần tử có nút với tổng cộng bậc tự Xem xét phần tử khung thể hình, với nút có tên i, k cuối phần tử Trục x địa phương thể hướng phần tử với gốc trục nằm phần tử Một phần tử khung chứa thuộc tính cua phần tử giàn phần tử dầm Vì ma trận cho phần tử khung xác định cách kết hợp ma trận phần tử giàn phần tử dầm, mà khơng phải thơng qua q trình xây dựng chi tiết chức hình dạng sử dụng tính tốn cấu tạo cho khung 2.1.2 Ma trận độ cứng phần tử khung phẳng Tại điểm có tọa độ x thanh, với phẳng chịu nén, uốn, cắt, chuyển vị u có thành phần : u=( ux, uy, Φ), biến dạng u dọc trục theo ) Vậy đầu có thành phần chuyển vị : + Tại đầu i : ui=( uxi, uyi, Φ), biến dạng u dọc trục theo i) + Tại đầu k : uk=( uxk, uyk, Φ), biến dạng u dọc trục theo k) Do vecto chuyển vị nút ue phần tử phẳng có thành phần : ue=( uxi, uyi, Φ), biến dạng u dọc trục theo i, uxk, uyk, Φ), biến dạng u dọc trục theo k) Ma trận độ cứng Ke phần tử phẳng sau : 2.1.3 Chuyển hệ tọa độ chung Sau có ma trận hệ thống tọa độ địa phương, điều cần làm chuyển ma trận phần tử vào hệ trục tọa độ Từ đưa khác hướng hệ trục tọa độ địa phương gán cho phần tử khung Giả sử nút địa phương x y phần tử tương ứng với nút i j Tương ứng, chuyển vị nút tọa độ địa phương có thành phần tịnh tiến ux, uy thành phần xoay quanh trục Chuyển vị nút tọa độ cần có thành phần tịnh tiến X, Y thành phần quay quanh trục Z chúng đánh số Ux,Uy Φ), biến dạng u dọc trục theo cho nút thứ i Quy ước áp dụng tương ứng cho nút thứ j Quan hệ vector chuyển vị ue hệ tọa độ địa phương vector chuyển vị Ue hệ tọa độ cho phần tử : ue TU e T ma trận chuyển đổi cho phần tử khung xác định sau: l1 l 2 0 T 0 0 0 m1 m2 0 0 0 0 0 0 l1 l2 0 0 m1 m2 0 0 0 0 1 Trong đó: l1 cos(1, X ) cos m1 cos(1, Y ) sin X j Xi le Y j Yi le Với góc hợp trục với trục X, hình l2 cos(2, X ) cos(900 ) sin m2 cos(2, Y ) cos Y j Yi le X j Xi le Việc chuyển đổi hệ trọng tọa độ mặt phẳng X - Y không làm ảnh hưởng bậc tự xoay Chuyển vị xoay quanh trục 3( nẳm mặt phẳng 1-2) giống chuyển vị xoay quang trục Z hệ tọa độ Chiều dài phần tử tính tốn sau: le ( X j X i ) (Y j Yi ) Ma trận T cho phần tử chuyển đổi ma trận 6x6 vào mà trận 6x6 khác Sử dụng ma trận chuyển đổi T ta có ma trận phần tử hệ tọa độ là: K e T T keT Fe T T f eT 2.1.4 Vecto tải toàn hệ 2.1.5 Đưa điều kiện biên vào hệ Điều kiện biên giá trị cưỡng Uxi, Uyi Φ), biến dạng u dọc trục theo cho trước khác 2.1.6 Giải hệ phương trình KU=F Sau đưa dạng ma trận tổng quát ta tiến hành giải lấy nghiệm Ue phần tử 2.1.7 Tính nội lực Sau có nghiệm chuyển vị Ue ta chuyển hệ tọa độ riêng ue=TT.Ue Có Ke hệ tọa độ riêng Fe=Ke.ue+Foe 2.2 Sơ đồ thuật toán Chương 3- Yêu cầu sở liệu 3.1 Dữ liệu đầu vào - Dữ liệu nút : tên nút, tọa độ, ràng buộc nút theo x,y,z - Dữ liệu vật liệu : tên vật liệu, dung trọng riêng, mudule đàn hồi E, hệ số poisson… - Dữ liệu phần tử : tên phần tử, loại phần tử - Dữ liệu tải trọng : + Tải nút : tên nút có tải, loại tải, giá trị tải + Tải : tên có tải, loại tải, giá trị tải lên 3.2 Dữ liệu đầu - Xác định chuyển vị nút kết cấu - Xác định nội lực kết cấu gồm : Moment, lực cắt, lực dọc, phản lực, ứng suất, biến dạng,… - Xây dựng biểu đồ nội lực, xuất kết tính tốn qua excel,… Chương 4- Mã nguồn chương trình 3.1 Mã nguồn chương trình ... biên dịch mã nguồn chương trình biên dịch mã byte code Máy ảo Java (Java Virtual Machine) thông dịch mã byte code thành machine code (hay native code) nhận yêu cầu chạy chương trình Ưu điểm : Phương... lý thuyết sơ đồ thuật toán 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Khung phẳng hệ tọa độ riêng Xem xét cấu trúc khung, theo cấu trúc khung chia làm phần tử khung kết nối nút, phần tử có chiều dài L có nút đầu... lệnh logic để xác định hoạt đơng máy Có thể xem hệ điều hành thu nhỏ JVM chuyển mã byte code thành machine code tùy theo môi trường tương ứng (gọi khả khả chuyển) JVM cung cấp mơi trường thực thi