Описание препроцессора (стр. 1 )

  2013г.

  ОПИСАНИЕ ПРЕПРОЦЕССОРА

Постановка задачи, решаемой препроцессором.

Процедура задания исходных данных для расчета в учебной CAE системы Sigma характеризуется следующими существенными недостатками:

отсутствием полноценного графического редактора формы пластины. Наиболее удобным способом подготовки геометрической модели является импорт её из CAD-систем; сложностью создания зон нестандартной геометрической формы; программным заданием граничных условий, внешних воздействий и  свойств конечных элементов; применением для генерации сетки только одного метода – метода  изопараметрических координат. Использование других методов требует работы с дополнительным программным обеспечением.

Для решения этих и некоторых других задач  разработана модульная система подготовки исходных данных для Sigma на основе графического интерфейса - препроцессор. Основные требования к препроцессору следующие:

построение и редактирование общей геометрии пластины на основе примитивов: прямая линия, дуга, окружность; использование концепции  4-х узловых зон для работы методов построения сетки КЭ; возможность сохранения общей геометрии пластины и импорт её в Sigma для дальнейшего построения сетки КЭ, задания граничных условий и внешних воздействий, используя встроенные в Sigma средства. В этом случае препроцессор должен использоваться для построения сложной конфигурации зон пластины как альтернатива менее гибкому редактору зон в Sigma. построение сетки КЭ альтернативными методами:

метод изопараметрических координат;

фронтальный метод;

триангуляция по Делоне.

внедрение графического режима (в том числе демонстрационного) в процесс генерации сетки конечных элементов. автоматизированные процедуры реализации внешних воздействий и граничных условий; автоматизированные процедуры назначения свойств материала отдельным зонам или конечным элементам геометрической модели пластины.

Выбор средств разработки.

Для разработки сложного программного комплекса, призванного облегчить задачу формирования начальных данных для CAE-системы, средства разработки необходимо выбирать, ориентируясь на следующие требования:

Возможность быстрого создания множества управляющих элементов и форм пользовательского интерфейса; Возможность создания иерархической структуры данных, основанной на объектах. Наличие библиотеки стандартных методов и алгоритмов, необходимых для решения поставленной задачи. Высокое быстродействие всех графических элементов, низкая величина времени отклика программы на действия пользователя. Обеспечение высокой скорости разработки без уменьшения читаемости кода: дальнейшее развитие системы предполагает доработку её исходных кодов.

Удобными для автора работы и удовлетворяющими все требования приведенного списка оказались следующие инструменты:

Язык C# с использованием платформы. NET (разработка велась в IDE Microsoft Visual Studio 2010 Ultimate). Библиотека Tao Framework. Язык программирования C#

C# (произносится си шарп) — объектно-ориентированный язык программирования. Разработан в 1998—2001 годах группой инженеров под руководством Андерса Хейлсберга в компании Microsoft как язык разработки приложений для платформы Framework и впоследствии был стандартизирован как ECMA-334 и ISO/IEC 23270.

C# относится к семье языков с C-подобным синтаксисом, из них его синтаксис наиболее близок к C++ и Java. Язык имеет статическую типизацию, поддерживает полиморфизм, перегрузку операторов (в том числе операторов явного и неявного приведения типа), делегаты, атрибуты, события, свойства, обобщённые типы и методы, итераторы, анонимные функции с поддержкой замыканий, LINQ, исключения, комментарии в формате XML.

Переняв многое от своих предшественников — языков C++, Java, Delphi, Модула и Smalltalk — С#, опираясь на практику их использования, исключает некоторые модели, зарекомендовавшие себя как проблематичные при разработке программных систем, например, C# в отличие от C++ не поддерживает множественное наследование классов (между тем допускается множественное наследование интерфейсов).

Платформа. NET

Платформа. NET Framework — это интегрированный компонент Windows, который поддерживает создание и выполнение нового поколения приложений и веб-служб XML. При разработке платформы. NET Framework учитывались следующие цели.

Обеспечение согласованной объектно-ориентированной среды программирования для локального сохранения и выполнения объектного кода, для локального выполнения кода, распределенного в Интернете, либо для удаленного выполнения.

Обеспечение среды выполнения кода, минимизирующей конфликты при развертывании программного обеспечения и управлении версиями.

Обеспечение среды выполнения кода, гарантирующей безопасное выполнение кода, включая код, созданный неизвестным или не полностью доверенным сторонним изготовителем.

Обеспечение среды выполнения кода, исключающей проблемы с производительностью сред выполнения сценариев или интерпретируемого кода.

Обеспечение единых принципов работы разработчиков для разных типов приложений, таких как приложения Windows и веб-приложения.

Разработка взаимодействия на основе промышленных стандартов, которое обеспечит интеграцию кода платформы. NET Framework с любым другим кодом.

Двумя основными компонентами платформы. NET Framework являются общеязыковая среда выполнения (CLR) и библиотека классов. NET Framework.

Основой платформы. NET Framework является среда CLR. Среду выполнения можно считать агентом, который управляет кодом во время выполнения и предоставляет основные службы, такие как управление памятью, управление потоками и удаленное взаимодействие. При этом накладываются условия строгой типизации и другие виды проверки точности кода, обеспечивающие безопасность и надежность. Фактически основной задачей среды выполнения является управление кодом. Код, который обращается к среде выполнения, называют управляемым кодом, а код, который не обращается к среде выполнения, называют неуправляемым кодом.

Другой основной компонент платформы. NET Framework - библиотека классов, представляет собой полную объектно-ориентированную коллекцию типов, которые применяются для разработки приложений, начиная от обычных, запускаемых из командной строки или с графическим интерфейсом пользователя, и заканчивая приложениями, использующими последние технологические возможности , такие как Web Forms и веб-службы XML.

Платформа. NET Framework может размещаться неуправляемыми компонентами, которые загружают среду CLR в собственные процессы и запускают выполнение управляемого кода, создавая таким образом программную среду, позволяющую использовать средства как управляемого, так и неуправляемого выполнения. Платформа. NET Framework не только предоставляет несколько базовых сред выполнения, но также поддерживает разработку базовых сред выполнения независимыми производителями.

Например, размещает среду выполнения и обеспечивает масштабируемую среду для управляемого кода на стороне сервера. работает непосредственно со средой выполнения, чтобы обеспечить выполнение приложений и веб-служб XML, обсуждаемых ниже в этом разделе.

Обозреватель Internet Explorer может служить примером неуправляемого приложения, размещающего среду выполнения (в виде расширений типов MIME).Размещение среды выполнения в обозревателе Internet Explorer позволяет внедрять управляемые компоненты или элементы управления Windows Forms в HTML-документы. Такое размещение среды делает возможным выполнение управляемого мобильного кода (аналогичного элементам управления Microsoft® ActiveX®), но с существенными преимуществами управляемого кода, такими как выполнение в условиях неполного доверия и изолированное хранение файлов.

Tao Framework

Tao Framework — это библиотека, предоставляющая разработчикам. NET и Mono доступ к возможностям популярных библиотек вроде OpenGL и SDL. Она изначально была создана программистом на C# и OpenGL Randy Ridge, и с тех пор значительно расширена другими разработчиками.

Описание технологии OpenGL выходит за рамки данной работы.

Описание системы

Preprocessor - система подготовки исходных данных для CAE-системы «Sigma» является модульной системой. Ниже приведена схема взаимодействия её основных модулей.

Описание основных модулей системы Ядро

Ядром препроцессора будем называть совокупность структур и методов, необходимых для обеспечения корректного взаимодействия всех модулей системы.

Основные функции, возлагаемые на ядро:

обмен данными между модулями, предназначенными для работы с отдельными элементами пластины, и модулем хранения данных; организация взаимодействия между графическим интерфейсом пользователя и модулем хранения данных; хранение данных модели; организация ввода/вывода данных пластины с использованием её графического отображения. обеспечение необходимых функций для работы с проектом: создание, удаление, сохранение, отмена/повтор внесенных изменений и т. п.

Основным классом, используемым в ядре, является класс FullModel.

Графический интерфейс пользователя

Графический интерфейс в системе реализован с использованием стандартной библиотеки WinForms. В разработанной системе используется технология MDI (Multi Document Interface), что позволяет одновременно работать с несколькими проектами. Ниже приведен основной вид панели инструментов системы и пример внешнего вида системы при работе с несколькими проектами.

Внешний вид панели инструментов препроцессора

Пример рабочего пространства препроцессора при открытии нескольких окон.

Модуль построения геометрической модели пластины

Одним из двух способов получения геометрической модели пластины в препроцессоре является её построение с использование предлагаемых системой средств.

Для построения модели используются такие геометрические примитивы как точка, прямая линия, дуга, окружность.

Добавление, редактирование и удаление осуществляются с помощью управляющих элементов системы.