ОБ’ЄКТНО-ОРІЄНТОВАНА РЕАЛІЗАЦІЯ БІБЛІОТЕКИ СКІНЧЕННО-ЕЛЕМЕНТНОГО АНАЛІЗУ МОВОЮ ПРОГРАМУВАННЯ PYTHON

Анотація

Необхідність оцінювання міцності й довговічності розроблюваних або вже наявних інженерно-технічних систем призводить до виникнення склад- них задач механіки деформованого твердого тіла. Їх розв’язання в більшо- сті випадків неможливе без використання комп’ютерного моделювання та чисельних методів, найбільш популярним серед яких є метод скінчен- них елементів. Його практичне застосування неможливе без використання обчислювальної техніки. Розроблення відповідного програмного забезпе- чення є, як і раніше, актуальною проблемою. Більшість наявних популярних програм, що автоматизують різні аспекти застосування методу скінченних елементів, є закритими комерційними системами. Відповідне програмне забезпечення з відкритим вихідним кодом у більшості випадків написано мовою програмування С++, що в силу її складності робить процес адаптації цих програм для вирішення нових класів задач досить непростим завданням. Останнім часом великої популярності набула мова програмування Python. Її відмінними рисами є виразність і простота, а також велика кількість наявних бібліотек, що робить Python перспективним інструментом для розроблення програм для інженерно-технічних розрахунків. У статті описана об’єктно-орієнтована реалізація бібліотеки класів, при- значених для скінчено-елементного аналізу стаціонарних і динамічних задач теорії пружності мовою програмування Python. Розроблена ієрархічна структура класів, що інкапсулюють об’єкт розрахунку, статичну й динамічну реалізацію методу скінченних елементів, скінченні елементи різних типів, дискретну модель вихідного об’єкту тощо. Завдяки простоті реалі- зації вдалося побудувати набір ефективних та інтуїтивно-зрозумілих класів, що дають змогу, з одного боку, вико- нувати розрахунок різних типів задач механіки, а з іншого – легко його розширювати для підвищення функціо- нальності бібліотеки. Наведено приклади використання описаних класів для розв’язання задач теорії пружності.