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研究生: 梁睿芳
Liang, Ruei-Fang
論文名稱: 二維邊界元素分析之效率改善
Efficiency improvement of two dimensional boundary element analysis
指導教授: 胡潛濱
Hwu, Chyan-bin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 106
中文關鍵詞: 史磋公式邊界元素法異向性彈性力學MATLAB向量化
外文關鍵詞: boundary element method, Stroh formalism, Anisotropic elasticity, MATLAB, vectorization
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  • 在異向性彈性力學的領域中,由史磋公式發展出的解析解與邊界元素法數值分析為可信賴之結構分析方法,而本師門結合兩者,以MATLAB程式語言撰寫成一套結構分析軟體,並命名為AEPH(Anisotropic Elastic Plate_Hwu),但由於近年對於邊界元素法部分研究甚多,內部程式碼越趨繁瑣,更利用了大量迴圈輔助運算,在運行效率上不如預期。
    為使邊界元素分析效率提高,本文嘗試以Fortran程式語言做編寫,以克服MATLAB運算迴圈之短處,比較與原程式的運行時間改善,除此之外,若能以MATLAB程式直接進行修改更能夠節省全面改寫的時間,因此也利用MATLAB程式向量化改寫原程式,使迴圈運行時間降低。
    最後比較Fortran程式、向量化後的程式碼及原程式碼運行時間,並考慮程式碼的維護、可讀性等因素找出最適合的修改方法。

    In anisotropic elasticity field, analytical solutions solved by Stroh formalism and boundary element method are reliable structural analysis methods. Both of these methods are applied on the structural analysis software which developed by our research group and named AEPH. This software based on MATLAB language to code for several years, however, part of boundary element method analysis used many loops to do auxiliary operations and slow down the running time.
    In order to improve the efficiency of boundary element method analysis, we use Fortran language instead MATLAB to code, therefore, the running time of loop calculation can be less. But if we can find another method which can be used in original MATLAB code, the coding time can be saved more. So we also use MATLAB vectorization to modify original code, let the applications of loops can be less and improve the running efficiency. Finally, compare running time of original code, Fortran code and vectorization code to find the most suitable method to modify.

    摘要 I ABSTRACT II 致謝 V 目錄 VI 表目錄 IX 圖目錄 X 符號說明 XI 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 文獻回顧 1 1.3 研究目的 2 第二章 異向性彈性力學邊界元素法 3 2.1 異向性彈性力學 3 2.2 邊界積分式 3 2.3 二維分析基本解 7 2.4邊界點物理量計算 11 2.5內部點物理量計算 13 第三章 AEPH 程式設計 15 3.1 程式架構 15 3.1.1流程介紹 15 3.1.2控制參數 19 3.1.3檔案輸入 20 3.2 主程式及重要函式介紹 22 第四章 AEPH程式效率改善 24 4.1 FORTRAN程式編寫 24 4.1.1程式架構 24 4.1.2 FORTRAN與MATLAB程式比較 26 4.2 MATLAB程式改善 27 4.3 迴圈向量化 28 4.3.1迴圈向量化實行與限制 28 4.3.2數組運算與矩陣運算之介紹及轉換 29 4.3.3實例說明 31 4.4條件式向量化 34 第五章 邊界元素程式碼 37 5.1影響係數矩陣計算 37 5.2基本解計算 40 5.3其他材料 49 第六章 結果與討論 52 6.1 網格設定 52 6.2 問題類型 59 6.3 高斯點設定 61 6.4 材料設定 63 第七章 結論 65 參考資料 66 附錄 67 A.1影響係數矩陣程式碼 67 A.2基本解程式碼 77 A.3 其他材料 94 A.4 FORTRAN程式碼 96

    [1] Brebbia, C., J. Telles, and L. Wrobel, Boundary Element Techniques Springer-Verlag. Berlin and New York, 1984.
    [2] Hwu, C., Anisotropic Elastic Plates, New York: Springer, 2010
    [3] Hwu, C. and W.J. Yen, Green's functions of two-dimensional anisotropic plates containing an elliptic hole. International Journal of Solids and Structures, 1991. 27(13): p. 1705-1719.
    [4] Hwu, C. and W.J. Yen, Plane problems for anisotropic bodies with an elliptic hole subjected to arbitrary loadings. Chinese Journal of Mechanics, 1992. 8(2): p. 123.
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    [6] 何昇翰,“異向性彈性力學MATLAB 程式設計”,國立成功大學航空太空工程研究所,2010
    [7] 張玉虹,“磁電彈材料邊界元素設計”,國立成功大學航太太空工程研究所,2016
    [8] Hwu, C., AEPH 程式使用手冊.
    [9] 周承賦,“複材疊層板之振動分析及視窗化設計”,國立成功大學航太太空工程研究所,2016
    [10] 王芮菁,“異向性彈性力學視窗軟體之設計與優化”,國立成功大學航太太空工程研究所,2016

    下載圖示 校內:2023-08-31公開
    校外:2023-08-31公開
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