От входного файла до проверяемого результата

Границы ответственности

Корневая функция setup явно добавляет каталоги src/model, src/analysis, src/results и scripts в путь Octave. Поставляемые модели находятся в examples/cases, готовые данные постпроцессора — в examples/results, а новые результаты записываются в игнорируемый каталог output.

addpath(pwd);
setup;

problem = StructFEProblem(fullfile( ...
    "examples", "cases", "CaseBeam.txt"));
model = problem.GetAnalysisModel();

staticResult = solveStatic(model);
modalResult = solveModal(model);

Вызов решателя не меняет model, problem.K или problem.M. Нагрузки строятся с нуля на каждый запуск, поэтому повторный расчёт и перестановка видов анализа не должны менять ответ.

Элементы и разреженная сборка

Элемент — обычная структура значений, а не изменяемый объект-наследник. createStructuralElement создаёт общий контракт для типов 112 и 113: type, nodeNumbers, properties, единый вектор dofs, матрицы и сохранённые length и transformation. Одна и та же карта СС используется при сборке и восстановлении усилий.

assembleGlobalMatrices сначала формирует триплеты «строка — столбец — значение», затем одним вызовом sparse создаёт глобальные матрицы. При совпадении адресов Octave суммирует вклады. Память определяется числом элементных коэффициентов, а не квадратом числа СС.

Валидация и работа без GUI

FEMesh проверяет открытие файла, порядок секций, число полей, конечность чисел, номера узлов, свойства элементов, типы нагрузок и запрет смешанной сетки. onCleanup закрывает файл и при ошибке. Сообщение парсера содержит имя файла и строку; полный контракт приведён в главе 10.

По умолчанию verbose=false и plotting=false. Поэтому создание задачи и все три расчёта работают локально в терминале без графического дисплея. Отрисовка сетки и истории — отдельные действия; axis equal не искажает геометрию сетки.

octave --no-gui --quiet --eval "addpath(pwd); setup; run_octave_tests;"

Порядок проверки

1. run_octave_smoke_tests читает поставляемые задачи, проверяет разреженную сборку и запускает доступные виды анализа.
2. run_verification_tests проверяет элементные и глобальные инварианты, независимые формулы, реакции, нагрузки и порядок вызовов.
3. Специализированные файлы проверяют матрицы элементов, сборку, модальный пример Mario Paz, Ньюмарка, усилия и ввод.
4. Лабораторные справочника добавляют учебные, но исполняемые проверки реального производственного кода.

Версии 2017 года и текущая программа

Статьи автора фиксируют происхождение проекта, но описывают MATLAB-архитектуру своего времени. Их имена классов, точки останова, порядок изменения матриц и численные расхождения нельзя переносить в текущую инструкцию.

Метка «период v0.6.0» для статьи о раме — хронологическая привязка: на следующий день автор прямо назвал актуальную версию v0.6.0. Сама статья о раме номер версии не печатает.

Карта выполненного плана улучшений

Ниже сохранены все отмеченные выполненными пункты прежнего ToDo.md. Для каждого указан действующий код и проверка; где промежуточное решение позже заменено, указан его нынешний эквивалент.

1. Совместимость GNU Octave и локальная проверка

1. Минимальная версия GNU Octave 8.4 и локальная проверка на 11.3 указаны в главе о локальном запуске; точка проверки — run_octave_tests.m.
2. Команда без графического интерфейса реализована в run_octave_smoke_tests.m и запускается разработчиком локально.
3. Все поставляемые задачи собираются, а статика, моды, импульс и гармоника запускаются в run_octave_smoke_tests.m; матричные инварианты повторяются в tests/run_verification_tests.m.
4. Промежуточные конкретные резервные методы старого абстрактного класса позже заменены структурами в createStructuralElement.m; интерфейс проверяет tests/test_element_matrices.m.
5. Проверка массивов однородных элементов handle-классов стала неактуальна после перехода на структуры; их массив создаёт FEMesh.m и проверяет smoke-тест.
6. Необязательные печать и графика реализованы в StructFEProblem.m; значения по умолчанию проверяет tests/test_input_validation.m.
7. UTF‑8 закреплён в .editorconfig; чтение русских файлов фактически проходит во всех smoke-тестах.
8. Поддерживаемые Octave операции и повторное решение сосредоточены в solveTransient.m и validateReducedSystem.m; их проверяет tests/test_newmark_transient.m.
9. Небольшая функция локального запуска — run_octave_smoke_tests.m; успешное завершение является самой проверкой.
10. Одноаргументный конструктор сохранён в StructFEProblem.m, а настройки работы без графического интерфейса проверены в tests/test_input_validation.m.

2. Самодостаточная проверочная база

1. Набор проверок только для Octave находится в tests/run_verification_tests.m и включён через run_octave_tests.m.
2. Размеры, конечность, симметрия K/M проверяет testMatrixInvariants в том же файле и tests/test_element_matrices.m.
3. Формулы FL/(EA) и PL³/(3EI) проверяют testSingleAxialTruss и testCantileverBeam.
4. Реакции, масса, одношаговый импульс и гармонические отсчёты проверяет tests/run_verification_tests.m.
5. Все поставляемые файлы служат регрессионными проверками отсутствия аварий в run_octave_smoke_tests.m.
6. Явные абсолютные и относительные допуски реализуют вспомогательные функции assertClose и assertRelativeSmall в тестах.
7. Полный локальный набор запускается через run_octave_tests.m.
8. Пример Mario Paz проверяется по опубликованным матрицам, частотам и формам в tests/test_mario_paz_modal.m; пример ANSYS остаётся только сведением о происхождении проекта.

3. Матрицы элементов

1. Симметричный коэффициент -22*L согласованной массы рамного элемента находится в createStructuralElement.m; симметрию проверяет tests/test_element_matrices.m.
2. Коэффициенты EA/L, 12EI/L³, 6EI/L² записаны напрямую там же и сравниваются с независимой матрицей в том же тесте.
3. Нулевая длина и неположительные A, E, ρ, I отклоняются в createStructuralElement.m; testInvalidElementData проверяет ошибки.
4. Горизонтальная, вертикальная и наклонная ориентации проверяются функциями testTrussOrientations и testBeamOrientations.
5. Симметрия, ранг, твёрдые моды, инвариантность поворота и масса проверяются в tests/test_element_matrices.m.

4. Функциональное ядро

1. Модель отделяет данные от ответа в createAnalysisModel.m; testFunctionalAnalysisCore проверяет неизменность.
2. Чистые точки входа — solveStatic.m, solveModal.m, solveTransient.m; фасад делегирует им в StructFEProblem.m.
3. K и M не редактируются: это явно проверяет testFunctionalAnalysisCore.
4. Новые нагрузки для каждого запуска создают buildStaticLoad.m и buildTransientLoad.m; повторные вызовы сравнивает тот же тест.
5. Два одинаковых запуска сравниваются в testFunctionalAnalysisCore.
6. Независимость от порядка статики, мод и динамики проверяется там же.
7. Именованные поля формируют три solve*.m; наличие ключевых полей проверяет тот же тест.
8. Построение графика вынесено в plotTransientResult.m, печать оставлена фасаду; работу без графического интерфейса проверяют smoke-тест и tests/test_input_validation.m.

5. Редукция свободных СС

1. fixedDOFs и freeDOFs строит partitionDOFs.m; карту проверяет testFreeDOFReduction.
2. Редуцированные K и M используют три решателя; соответствующие срезы проверяются в tests/run_verification_tests.m.
3. Фиктивные нулевые моды устранены в solveModal.m; положительность частот проверяет testFreeDOFReduction.
4. Нагрузка на закреплённой СС сохраняется в solveStatic.m; реакцию проверяет тот же тест.
5. Глобальное равновесие вычисляет calculateStaticEquilibrium.m; bar/cantilever tests проверяют нулевую невязку.
6. Повторные, неверные и недостаточные связи отклоняют partitionDOFs.m и validateReducedSystem.m; ошибки проверяет testConstraintValidation.

6. Семантика узловых нагрузок

1. Индексную сборку по СС выполняет getNodalLoadComponents.m вместе с функциями построения нагрузок; несколько записей проверяет testNodalLoadSemantics.
2. Третья компонента рамы трактуется как Mz, а у фермы отклоняется; код и тест те же.
3. Исторический тип 10 даёт один прямоугольный шаг в buildTransientLoad.m; точный отсчёт проверяет testNodalLoadSemantics.
4. Явный bcforce_pulse/тип 12 читает FEMesh.m; входной файл CaseExplicitPulseBeam.txt проверяется в тесте нагрузок.
5. bcforce_step/тип 13 реализован теми же файлами; входной файл CaseStepBeam.txt проверяет постоянную историю.
6. Суммирование нескольких нагрузок в одном и разных узлах проверяет testNodalLoadSemantics.

7. Переходный расчёт Ньюмарка

1. Средние ускорения β=1/4, γ=1/2 реализованы в solveTransient.m; параметры проверяет tests/test_newmark_transient.m.
2. Сетка с первым столбцом t=0 реализована там же и проверяется в testFreeVibrationAndInitialState.
3. Начальные u, v и ускорение из равновесия реализованы там же; проверяются тем же тестом и сценариями ошибочного ввода.
4. Истории размера stepCount+1 предвыделяются в solveTransient.m; размер проверяет тест переходного анализа.
5. Постоянная эффективная матрица факторизуется один раз там же; согласованность ответа проверяет весь набор тестов переходного расчёта.
6. FFT и одностороннюю нормировку выполняет computeSingleSidedSpectrum.m; пик проверяет testSingleSidedSpectrum.
7. Истории и спектр возвращаются независимо от графики; поля проверяют тесты переходного анализа, построение вынесено в plotTransientResult.m.
8. Аналитический SDOF, энергия и сходимость проверяются в testFreeVibrationAndInitialState, testImpulseResponseAndConvergence и testBeamImpulseRefinement.

8. Восстановление результатов

1. Совместимое имя StressCalc.m делегирует новой реализации recoverElementResults.m; интерфейс проверяет tests/test_result_recovery.m.
2. Деформацию, напряжение и осевую силу стержня вычисляет recoverElementResults.m; прямой и повёрнутый стержни проверяются там же.
3. Локальные концевые усилия рамы возвращает та же функция; эпюры сознательно отложены до появления распределённых нагрузок, а консоль проверяет testCantileverEndForces.
4. Одностержневой и консольный эталоны находятся в tests/test_result_recovery.m.

9. Упрощение и ускорение сборки

1. Выбор структур и чистых функций реализован в createStructuralElement.m; интерфейс проверяют тесты матриц и восстановления результатов.
2. Пункт о семантике значений классов закрыт удалением изменяемой иерархии; отсутствие элементов handle-классов следует из структур FEMesh.allMeshElems и проверяется smoke-тестом.
3. Единый интерфейс полей используется assembleGlobalMatrices.m и recoverElementResults.m; оба пути покрыты отдельными тестами.
4. Один element.dofs создаёт createStructuralElement.m; карту и суммирование проверяет tests/test_sparse_assembly.m.
5. Триплетные sparse-матрицы создаёт assembleGlobalMatrices.m; testSuppliedCasesAreSparse и testLargeTrussChain проверяют результат.
6. Длина и преобразование кешируются в структуре элемента; тесты матриц и восстановления результатов используют и проверяют эти данные.
7. Сохранение базовых результатов контролируют полный набор проверок и smoke-тесты.

10. Ввод, документация и представление

1. Цикл чтения до конца файла находится в FEMesh.m; повторные секции и неизвестный маркер проверяет tests/test_input_validation.m.
2. fopen, onCleanup и номера строк реализованы там же; ошибки открытия и неверные записи проверяет тот же тест.
3. Повторные опоры и нагрузки дописываются в FEMesh.m; CaseRepeatedSections.txt проверяет количество и сумму.
4. Номера узлов, связность, число свойств и выбор СС графика проверяют FEMesh.m/StructFEProblem.m; тестовые входные файлы и testPlotSelectionAndDefaults проверяют ошибки.
5. Смешанные типы отклоняются как MKEF:UnsupportedMixedMesh; CaseMixedElements.txt проверяет строку ошибки.
6. Необязательные графика и печать находятся в StructFEProblem.m, а axis equal — в FEMesh.m; значения по умолчанию проверяет тест входных данных.
7. Единицы, СС, нагрузки, ограничения, источники и команды сохранены в этом справочнике, прежде всего в главе 10; исполняемое подтверждение дают лабораторные и полный набор тестов.

Диагностика расчёта