冬休みのお知らせ

OpenSeesファンの皆様

このブログを見ていただきましてありがとうございます。毎週１，２ページの投稿を目標にしておりますが、年末年始はお休みさせていただきます。

現在
OpenSees のソースコード解析に挑戦してみる
Appendix: 「有限要素法における平面トラスの解析」プログラムをC言語で書いてみる

について、同不順でアップしています。
Googleさんの統計によりますと
このブログを開設してから 約６か月、本日まで4400ビュー(＊）、約300人ぐらいの方に見ていただいているようです。
また、日本ばかりでなく、アメリカ、ロシア、ドイツ、フランス、トルコ、台湾、ポーランド、ウクライナercの国の方も閲覧しているようです。ありがとうございます。

こちらのブログは、あくまで趣味として、まったりと追記しておりますが、
冬休み後も、同じ調子で進めていきますので、よろしくお願いします。

Innovativeな建物がたくさんできますように！

2014/12/24　Merry Christmas！
Satoko Toengawa

(*)Tonegawaが閲覧したビュー数、リダイレクトしたビュー数は除いた数字です

OpenSees Developer : プログラムの基本的な流れ(メモ）

このTclModelBuilderでは、
OpenSees の node, element, fix 等のデータも読み込んでいます。

<Opensees コマンド>

node 1   0.0  0.0
node 2 144.0  0.0
node 3 168.0  0.0
node 4  72.0 96.0

<Opensees コマンド>
fix 1 1 1
fix 2 1 1
fix 3 1 1

<Opensees コマンド>
element Truss 1 1 4 10.0 1
element Truss 2 2 4  5.0 1
element Truss 3 3 4  5.0 1

これらOpenSeesコマンドは、すべてTcl_CreateCommand( )ファンクションを起動することによって、
その内容を読み込んでいます。
読み込む作業を行っているファンクションも、Tcl_CreateCommand( )に下記の様に書かれています。


 Tcl_CreateCommand
(interp, "<Openseesコマンド>", 
<OpenSeesコマンドを読み込むファンクション>,
 (ClientData)NULL, NULL);



たとえば
Tcl_CreateCommand(interp, "node", TclCommand_addNode,　 (ClientData)NULL, NULL);


は、　OpenSeesコマンドのnodeを読み込みますが、
読み込むファンクションは、TclCommand_addNode（　）です。

このTclCommand_addNode（　）の中で、
Nodeクラスに　OpenSeesコマンドのNodeのデータをセットします。

--------------

他のコマンドも同じようにして、データをセットしていきます。

セットしたデータをつかっての構造計算は、
<Opensees コマンド>　analyze 1
で、行いますが、これは、


C:\OpenSees-work\OpenSees5621\OpenSees\SRC\tcl\commands.cpp
または
tclプロジェクトのcommands.cpp
の中の
int OpenSeesAppInit(Tcl_Interp *interp)

の中で定義されていた

Tcl_CreateCommand(interp, "analyze", &analyzeModel,
     (ClientData)NULL, (Tcl_CmdDeleteProc *)NULL);
における
&analyzeModel( )
で、計算が行われます。
(&がついているので、同じファイルの中に、ファンクションが定義されています）

----------------

そして

C言語プログラムの構成

C言語で構成された”main.exe”を例とした、プログラム構成についての説明です。

Main.c : test.exeのメインプログラム

subA.c, sub.c : main.cから呼ばれるサブルーチンが入っているプログラム

stdio.h, string.h, math.h, malloc.h : MS-windowsに標準装備されているライブラリ(右にdllファイル)を使用するためのヘッダーファイル

    stdio.dll : 外部ファイルの読み書き等のファンクションが定義されている

    string.h : 文字列の取り扱いについてのファンクション定義されている

    math.h : sin, cos. ルート計算などの数値計算についてのファンクション定義されている

    malloc.h : 行列などで使用するメモリー使用についてののファンクション定義されている

Libx.h : 自分で作成したライブラリLibX.libを使用するためのヘッダーファイル

Image.h : 外部で公開されている（webなどで提供されているオープンソースなどで作成された）ライブラリ image.dllを使用するためのヘッダーファイル

「有限要素法における平面トラスの解析」プログラムは、main.c とMS-windowsに標準装備されているライブラリを使用するためのヘッダーファイルで構成されています。

なお、

ライブラリには、拡張子(extension)がlib とdllの２種類があります。

Lib : static library： 

mainプログラムのリンク時に、取り込まれます。そのため、main.exeが動作している時のみ、このライブラリを使用することができます

Dll : dynamic link library :

main.exe実行時に、このライブラリを呼んで動作します。そのため、どのアプリケーションが動作していても、このライブラリの内容を自由に使うことが可能です。

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 FORTRAN77言語とC言語の基本的な相違点 (1)

「有限要素法における平面トラスの解析」プログラムをC言語で書いてみる : 目次

Microsoft Visual Studioの使用方法 (4)

次に、デバッグ→ステップオーバー　または　F10を押します。

そうすると、黄色の矢印が

testC=(double)(testA + testB + TEST_CONSTANT);

の行に移り、かつ、”ウオッチ”の中のtestAの数字が赤く21と表示されます。

これは、

testA++;

が計算され、testAに１が和されたためです。

ちなみに、もし途中停止している行がサブルーチンの実行を指示する行だった場合、デバッグ→ステップイン　または　F11を押すことによって、プログラムの表示がサブルーチンのプログラム行にうつります。

ステップオーバーもステップインもプログラムを１行ずつ実行するためのものです。

11) プログラムの終了

このままF10を押して、

Return 0;

のところまでプログラムを進めます。

そして、図4-17の赤で囲まれているDOSのコマンドプロンプトのwindowを表示させると、

testD=0.976591　と表示されています。

これは

pintf("testD=%f\n",testD);

の実行結果によっての表示です。

また”ウオッチ”の中のtestDを見ると　0.97659086794356575　と表示されています。

これは、DOSのコマンドプロンプトのwindowで表示されているtestDの値と同等であることがわります。

F5を押して、プログラムを終了させます。

もし、プログラムを途中で終了したい場合は、デバッグ→デバッグの停止　または　shift+F5を押します。

なお、” Visual Studio Express 2012 for Windows 8”は無料なので、持っているwindowsPCにいくつでもインストールできますが、作成途中のプロジェクト（ソリューション）を移植したい場合は、

指定した場所（フォルダー）の中に作成されている”test”のフォルダーをすべて、コピーすることによって、他のWindowsPCでのプログラム作成作業を行うことができます。

この”test”フォルダーの中の test.sｌn が　プロジェクト（ソリューション）ファイルなので、これをクリックすることで、MS-VSでのプログラミング作業を継続することができます。

（または、MS-VS起動画面の“プロジェクトを開く…“で、test.sｌnを選択しても良いです）

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 C言語プログラムの構成

「有限要素法における平面トラスの解析」プログラムをC言語で書いてみる : 目次

Microsoft Visual Studioの使用方法(3)

10) プログラムのデバッグ
このプログラムを走らせて、デバッグ作業を行います。まず、
testA++;
の上で右クリックし、”ブレークポイントの挿入”をクリックします。

testA++;

の行に赤丸がつきます（もし、これを消したい場合は、右クリックでブレークポイントの削除や無効を行います）

「デバッグ→デバッグ」の開始　または　F5を押して、プログラムを走らせます。

testA++;

の行に黄色の矢印が表示され、プログラムはこの行の計算「前」で途中停止します。

ここで、各シンボルの上にマウスポインタをかざすと、そのシンボルの中に入っている値を見ることができます。
たとえば、testBの上にかざすと”50”と表示されます。
下のエリアでは、”自動変数”、 ”ローカル（変数）”、”スレッド”、 ”モジュール”で、途中停止している現在の状態を見ることができます。

”ウオッチ”をクリックします。この”ウオッチ”では、自分が見たいシンボルを表示させることや、シンボルの中の数を変更することができます。

ここでば、”ウオッチ”に、testA と　testD　を　キーボードで入力します。
testAは、testA++;の行の計算をまだ行っていないので20となっています。
testDは、まだ入力がなにも行われていないので、めちゃくちゃな値（testDに割り当てられたPC上のメモリにたまたま入っていた値）が表示されています。

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 Microsoft Visual Studioの使用方法 (4)

「有限要素法における平面トラスの解析」プログラムをC言語で書いてみる : 目次

OpenSees Developer : プログラムの基本的な流れ(modelコマンドまで）

OpenSees Developer : ソースコードのダウンロードとビルド
で、作成されたプログラムを、Debugモードで走らせてみます。

使用するtcl スクリプトファイルは、OpenSees Basic Examples (基本的なトラス解析)　
です。

メインプログラムは、ここにあります。
OpenSees\SRC\tcl\tclAppInit.cpp
または
OpenSeesプロジェクトのtclAppInit.cpp

main(int argc, char **argv)

から、プログラムは走り始めますが、
argcには、　Opensees.exe の引数の数、　** argvには、引数の文字列が入ります

ここで　使用している文字列は、
Opensees C:\\OpenSees-work\\OpenSees5621\\truss-test.tcl
ですので、
argcには　2
argv[0] には　Opensees
argv[1] には　C:\\OpenSees-work\\OpenSees5621\\truss-test.tcl
が　入っています。

これらの引数は、同じ　main( ) の中で呼ばれている

 g3TclMain(argc, argv, TCL_LOCAL_APPINIT, 0, 1);

に引き継がれます。

このg3TclMain（ ）は

OpenSees\SRC\tcl\tclmain.cpp
または
OpenSeesプロジェクトのtclmain.cpp
にあります。

この
tclmain.cpp　ファイルの中で

Tcl_FindExecutable(argv[0]);

など、Tcl_xxxx で始まるファンクションは、tcl　の dynamic link library の中のファンクションです。

tclのソースコードは無いため、このラインまでプログラムが走ってきたとき、F11キー、または「ステップ イン」を行っても、tclmain.cpp　ファイルの次の行へ移るだけです。

g3TclMain( )
の中の、

numParam = OpenSeesParseArgv(argc, argv);

は、構造計算に使うコマンド（model　や　node　など）以外のコマンドがOpenseesの引数として指定された時の処理を行っています。

次に
tclStartupScriptFileName
のシンボルの中に、構造計算するためのコマンドが保存されているファイル、tclスクリプトファイル（Openseesの引数）
C:\\OpenSees-work\\OpenSees5621\\truss-test.tcl
が代入されます。

g3TclMain（ ） の中の
赤丸部分
 if ((*appInitProc)(interp) != TCL_OK) {

で、tclAppInit.cpp　の中の
int Tcl_AppInit(Tcl_Interp *interp)

に、移ります。

さらに
 if (OpenSeesAppInit(interp) < 0)

で、
C:\OpenSees-work\OpenSees5621\OpenSees\SRC\tcl\commands.cpp

または
tclプロジェクトのcommands.cpp
の中の


int OpenSeesAppInit(Tcl_Interp *interp)
に、移ります。

この中では、tclスクリプトファイルの中にかかれている　ｔｃｌスクリプト（OpenSeesのコマンド）を
解析しています。
まず、
"wipe"
"print"
"analyze"
など、（まだ、ここまでの所では、セットされていませんが）構造計算のためのデータがセットされたのち、実際にOpenSeesが起動するためのコマンドが、順に中身を解析していったｔｃｌスクリプトファイルの中にあった場合、ここから実際のOpenSeesが起動されます　
詳細については、（それ以外のコマンドについて）を参照

それ以外のコマンドは
return myCommands(interp);

により、

C:\OpenSees-work\OpenSees5621\OpenSees\SRC\modelbuilder\tcl\myCommands.cpp

または
tclプロジェクトのmyCommands.cpp
の中の

int myCommands(Tcl_Interp *interp)
に移ります。

ここで、

 Tcl_CreateCommand(interp, "model", specifyModelBuilder,
     (ClientData)NULL, (Tcl_CmdDeleteProc *)NULL);
により、
specifyModelBuilder
が指定されます。

このspecifyModelBuilder（　）の中で、model コマンドが解析されます。

specifyModelBuilder( )
はmyCommands.cpp　にありますが、


このファンクションを呼んでいる場所は
上記図の　緑丸部分

code = Tcl_EvalFile(interp, tclStartupScriptFileName);

です。

なお、

tcl スクリプトファイル　の　model コマンドは、以下の様に指定されています。

<Opensees コマンド>　model BasicBuilder -ndm 2 -ndf 2

ここ　specifyModelBuilder( )　では、
次元数と、自由度数を OpenSeesのプログラムに読み込む
つまり、　Model 用の　クラス
class TclModelBuilder
に、データ（次元数と、自由度数）をセットすることが目的です。

specifyModelBuilder( )で
最初に、

model BasicBuilder -ndm 2 -ndf 2

のコマンドのストリング（文字列）を読み込み、解析した後、

数字が間違っていないか、

例えば、ndm が 0にセットされていたり等

をチェックした後、

class TclModelBuilder

の中の

private:

    int ndm; // space dimension of the mesh

    int ndf; // number of degrees of freedom per node

にそれぞれ、2 と　2 が　セットされます。

このclassへのセットは

 TclModelBuilder *theTclBuilder = new TclModelBuilder(theDomain, interp, ndm, ndf);

で行われています。

TclModelBuilderの　constructor　は


C:\OpenSees-work\OpenSees5621\OpenSees\SRC\modelbuilder\tcl\TclModelBuilder.cpp
または
tclプロジェクトのTclModelBuilder.cpp

にあります。

　次のページ　→　
OpenSees Developer : プログラムの全体的な流れ

OpenSees のソースコード解析に挑戦してみる : 目次

Microsoft Visual Studioの使用方法(2)

<有限要素法> Microsoft Visual Studioの使用方法(1) の続きです

4) test.cppファイルを開いて、下記の様にプログラムを書いてみます

下記表に各行の解説をしました。

#include "stdafx.h"	プロジェクトが作成されると自動的にこれがついてくる。 Windowsプログラムで標準的につかうヘッダーを総称したもの。絶対消さないこと。
#include	プログラムの中で使用するsin()ファンクション を呼び出すためのヘッダーファイル
#define TEST_CONSTANT 100	定数の定義。 定数はすべて大文字で書くのがお作法
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])	メインプログラム。引数のargcやargv[]は、 外部からの入力データがある ときに使用。変更しないこと
aaa	ファンクション を呼び出すためのヘッダーファイル
aaa	ファンクション を呼び出すためのヘッダーファイル
{	プログラムの始まり
int testA;	testA というシンボルを integer で宣言
int testB = 50;	testB というシンボルをinteger で 宣言しているが、ここでは 初期値として50も入れている
double testC;	testC というシンボルをdouble で宣言
testA = 20;	testA に20を代入している。 testAは20となる
testA++;	testA=testA+1　と同じ。 testAは21となる
testC=(double)(testA + testB + TEST_CONSTANT);	右側の式は、testA.testB.TEST_CONSTANTを合算している。（171になる） 右側はすべてintegerで宣言されているので、integer形式になるが、答を代入したいtestCはdoubleで宣言されている。そのため、integerからdoubleへの変換をしなければいけないが、(double)と書くことによって、これを実現している。
double testD = sin(testC);	プログラムの途中で、宣言をすることもできる。 ここではtestDをdoubleとして宣言。testCのsinを代入している
printf("testD=%f\n",testD);	testDの結果をコンソール(コマンドプロンプト)に表示している
return 0;	メインプログラムの戻り値 （ここでは、プログラムの実行結果がエラーではないので0を返している）
}	プログラムの終了

integer宣言　：　宣言したシンボルは整数のみを取り扱う
double宣言 : 宣言したシンボルは小数点のつく数を取り扱う

5) プログラムをコンパイル、リンクします。

MS-VS上でのC（またはCPP）プログラムのコンパイル、リンクは、プロジェクトの中ですでに作成されているので、特に新たに書き起こす必要はありません。コンパイル、リンクのことを“ビルド(Build)”と言います。

ビルドは、「デバッグ→ソリューション」の「ビルド」をクリックすることによって行われます。

もし、コンパイルエラー等がなかったら、“出力”部分にtest.exeが生成されたことが表示されます。

指定した場所（フォルダー）を見てみると、”test”のフォルダー中に”debug”フォルダーが生成され、その中にtest.exeが生成されているのがわかります。このtest.exeは次で説明するdebug情報が入っているので、最終的なexeプルグラムよりファイルサイズが大きくなっています。

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 Microsoft Visual Studioの使用方法(3)

「有限要素法における平面トラスの解析」プログラムをC言語で書いてみる : 目次