Advanced

Dynamisk programvara för visualisering av vridna prismatiska balkar med öppna tunnväggiga tvärsnitt

Kinsella, David LU (2014) In TVSM VSML01 20142
Structural Mechanics
Department of Construction Sciences
Abstract (Swedish)
Skolan har ingen lång tradition av att arbeta laborativt i matematik och dynamisk programvara är ett sätt att fylla denna brist. Dynamisk programvara låter eleven gå i dialog, utmanar, skapar nyfikenhet, åskådliggör begrepp och underlättar inlärningen. Det krävs emellertid att lärare är villiga att sätta sig in i de relativt nya möjligheterna eftersom datoranvändning i matematik- och fysikundervisningen inte per automatik genererar goda resultat. Ett användarvänligt program för visualisering i 3D av en vriden balk och för beräkning av maximala spänningar och rotationer i tvärsnittet utvecklas i programmeringsspråket Python. Användaren kan så att säga ställa frågor till programmet: “Vad händer om jag gör så här?” och spörsmål utredas.... (More)
Skolan har ingen lång tradition av att arbeta laborativt i matematik och dynamisk programvara är ett sätt att fylla denna brist. Dynamisk programvara låter eleven gå i dialog, utmanar, skapar nyfikenhet, åskådliggör begrepp och underlättar inlärningen. Det krävs emellertid att lärare är villiga att sätta sig in i de relativt nya möjligheterna eftersom datoranvändning i matematik- och fysikundervisningen inte per automatik genererar goda resultat. Ett användarvänligt program för visualisering i 3D av en vriden balk och för beräkning av maximala spänningar och rotationer i tvärsnittet utvecklas i programmeringsspråket Python. Användaren kan så att säga ställa frågor till programmet: “Vad händer om jag gör så här?” och spörsmål utredas. Programmet bygger på en rad paket och moduler baserade på öppen källkod: Visvis, NumPy, PyCALFEM och PyQt. Den visualiserade balkkroppen kan vridas och vändas, flyttas och panoreras med enkla musklick och tangenttryck. 3D-figurens deformationer beräknas med FEM. Tre sorters öppna, tunnväggiga tvärsnittsprofiler är tillgängliga: enkelsymmetriska I-tvärsnitt, symmetriska U-tvärsnitt med styckevis konstant väggtjocklek och polärsymmetriska Z-tvärsnitt med styckevis konstant väggtjocklek. Materialet är linjärt elastiskt och balken antingen 1) gaffellagrad i båda ändar eller 2) fast inspänd i båda ändar eller 3) en konsol. Maximala spänningar och rotationer i tvärsnittet beräknas enligt S:t Venants och Vlasovs teori och lösningar approximeras med FEM. Programmet är fritt tillgängligt i pedagogiskt syfte. (Less)
Abstract
Reportedly in Swedish schools, there is no long tradition of investigative and laboratory work in the mathematics subject. Dynamic software is a term which encapsulates the purpose of software as a pedagogical instrument in teaching. There is great potential in this but also a need for teachers to engage and apply themselves to the new possibilities. Computer software in class does not automatically generate good results. As an example of how software can be developed in Python to aid in the learning of torsional beam theory, a user-friendly application is developed for 3D visualisation of a twisted beam element and for the determination of the maximal cross-sectional tensions and rotations. The software can e.g. be used by a student of... (More)
Reportedly in Swedish schools, there is no long tradition of investigative and laboratory work in the mathematics subject. Dynamic software is a term which encapsulates the purpose of software as a pedagogical instrument in teaching. There is great potential in this but also a need for teachers to engage and apply themselves to the new possibilities. Computer software in class does not automatically generate good results. As an example of how software can be developed in Python to aid in the learning of torsional beam theory, a user-friendly application is developed for 3D visualisation of a twisted beam element and for the determination of the maximal cross-sectional tensions and rotations. The software can e.g. be used by a student of mechanics as a pedagogical instrument, seeing as the theory itself is rather complex, in particular when it comes to warping constraints. Forming a base for the software are a number of open source Python bindings and modules: Visvis, NumPy, PyCALFEM and PyQt. The visualized beam element can be rotated, moved around and panned in the GUI with simple mouse clicks and keyboard actions. The 3D shape of the beam element is calculated with the FEM. Three types of open, thin-walled cross sections are available to the user: simply symmetrical I-profiles, symmetrical U-profiles with partially constant wall thickness and polar symmetrical Z-profiles with partially constant wall thickness. The material is modelled as linear elastic and the beam is either 1) freely supported with forks in each end or 2) fully fixed in each end or 3) a console. The maximal cross sectional tensions and rotations are further calculated according to St Venant’s and Vlasov’s beam theory and solutions to these are approximated with the FEM. The application is free to use for educational purposes. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Kinsella, David LU
supervisor
organization
course
VSML01 20142
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
publication/series
TVSM
report number
TVSM-6001
ISSN
0281-6679
language
Swedish
id
7440388
alternative location
http://www.byggmek.lth.se/english/publications/tvsm-6000-bachelors-dissertations/
date added to LUP
2015-06-26 14:44:03
date last changed
2015-06-26 14:44:03
@misc{7440388,
  abstract     = {Reportedly in Swedish schools, there is no long tradition of investigative and laboratory work in the mathematics subject. Dynamic software is a term which encapsulates the purpose of software as a pedagogical instrument in teaching. There is great potential in this but also a need for teachers to engage and apply themselves to the new possibilities. Computer software in class does not automatically generate good results. As an example of how software can be developed in Python to aid in the learning of torsional beam theory, a user-friendly application is developed for 3D visualisation of a twisted beam element and for the determination of the maximal cross-sectional tensions and rotations. The software can e.g. be used by a student of mechanics as a pedagogical instrument, seeing as the theory itself is rather complex, in particular when it comes to warping constraints. Forming a base for the software are a number of open source Python bindings and modules: Visvis, NumPy, PyCALFEM and PyQt. The visualized beam element can be rotated, moved around and panned in the GUI with simple mouse clicks and keyboard actions. The 3D shape of the beam element is calculated with the FEM. Three types of open, thin-walled cross sections are available to the user: simply symmetrical I-profiles, symmetrical U-profiles with partially constant wall thickness and polar symmetrical Z-profiles with partially constant wall thickness. The material is modelled as linear elastic and the beam is either 1) freely supported with forks in each end or 2) fully fixed in each end or 3) a console. The maximal cross sectional tensions and rotations are further calculated according to St Venant’s and Vlasov’s beam theory and solutions to these are approximated with the FEM. The application is free to use for educational purposes.},
  author       = {Kinsella, David},
  issn         = {0281-6679},
  language     = {swe},
  note         = {Student Paper},
  series       = {TVSM},
  title        = {Dynamisk programvara för visualisering av vridna prismatiska balkar med öppna tunnväggiga tvärsnitt},
  year         = {2014},
}