Python - Mengintegrasikan fungsi dan hasil plot

Question

Saya mencoba menyelesaikan persamaan balok Bernoulli secara numerik dan memplot hasilnya. Turunan pertama dari persamaan adalah gradien dan turunan keduanya adalah defleksi. Saya mendekati masalah langkah demi langkah, pertama memplot fungsinya dan kemudian mengintegrasikannya dan memplot hasil integrasi pada diagram yang sama.

Kode saya sejauh ini di bawah. Saya menduga masalahnya terletak pada kenyataan bahwa integ.quad mengembalikan satu nilai dan saya mencoba mendapatkan beberapa nilai darinya. Apakah ada yang tahu bagaimana mendekatinya?

from scipy import integrate
import numpy as np

from pylab import *

# Beam parameters
L = 100
w = 10
h = 10
I = (w*h**3)/12
E = 200000
F = 100

def d2y_dx2(x):
    return (-F*x)/(E*I)

a = 0.0
b = L

res, err = integrate.quad(d2y_dx2, a, b)

t = np.linspace(a,b,100)

ax = subplot(111)
ax.plot(t, d2y_dx2(t))
ax.plot(t, res(t))

show()

EDIT: Di bawah ini adalah kode yang dimodifikasi dengan jawaban willcrack. Kode ini sekarang berfungsi, tetapi hasilnya tidak benar. Di bagian bawah saya menambahkan kode untuk memplot hasil menggunakan solusi analitik dari persamaan balok yang benar.

from scipy import integrate
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# Beam parameters
L = 100
w = 10
h = 10
I = (w*h**3)/12
E = 200000
F = 100

# Integration parameters
a = 0.0
b = L

# Define the beam equation
def d2y_dx2(x,y=None):
    return (-F*x)/(E*I)


def something(x):
    return integrate.quad(d2y_dx2)[0]
    
# Define the integration1 - slope
def slope(t):
    slope_res = []
    for x in t:
        res1, err = integrate.quad(d2y_dx2, a, b)
        slope_res.append(res1)
    return slope_res

# Define the integration1 - deflection
def defl(t1):
    defl_res = []
    for t in t1:
        res2, err = integrate.dblquad(d2y_dx2,a,b, lambda x: a, lambda x: b)
        defl_res.append(res2)
    return defl_res

# Plot
fig, (ax1, ax2, ax3) = plt.subplots(3)
t = np.linspace(a,b,100)
t1 = np.linspace(a,b,100)
ax1.plot(t, d2y_dx2(t))
ax2.plot(t, slope(t))
ax3.plot(t1, defl(t1))
plt.show()

Solusi analitis, kode dan hasil di bawah ini. Bentuk balok yang dibelokkan dibalik, ujung balok berada pada x = 0.

from __future__ import division  #to enable normal floating division
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# Beam parameters
w = 10  #beam cross sec width (mm)
h = 10  #beam cross sec height (mm)
I = (w*h**3)/12   #cross sec moment of inertia (mm^4)
I1 = (w*h**3)/12
E = 200000   #steel elast modul (N/mm^2)
L = 100  #beam length(mm)
F = 100   #force (N)

# Define equations
def d2y_dx2(x):
    return (-F*x)/(E*I)

def dy_dx(x):
    return (1/(E*I))*(-0.5*F*x**2 + 0.5*F*L**2)

def y(x):
    return (1/(E*I))*(-(1/6)*F*(x**3) + (1/2)*F*(L**2)*x - (1/3)*F*(L**3))

# Plot
fig, (ax1, ax2, ax3) = plt.subplots(3)

a = 0
b = L
x = np.linspace(a,b,100)

ax1.plot(x, d2y_dx2(x))
ax2.plot(x, dy_dx(x))
ax3.plot(x, y(x))
plt.show()

Answer 1

Mungkin Anda bisa mencoba sesuatu seperti ini

from scipy import integrate
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# Beam parameters
L = 100
w = 10
h = 10
I = (w*h**3)/12
E = 200000
F = 100

# Integration parameters
a = 0.0
b = L

# Define the beam equation
def d2y_dx2(x,y=None):
    return (-F*x)/(E*I)


def something(x):
    return integrate.quad(d2y_dx2)[0]
    
# Define the integration1 - slope
def slope(t):
    slope_res = []
    for x in t:
        res1, err = integrate.quad(d2y_dx2, a, b)
        slope_res.append(res1)
    return slope_res

# Define the integration1 - deflection
def defl(t1):
    defl_res = []
    for t in t1:
        res2, err = integrate.dblquad(d2y_dx2,a,b, lambda x: a, lambda x: b)
        defl_res.append(res2)
    return defl_res

# Plot
fig, (ax1, ax2, ax3) = plt.subplots(3)
t = np.linspace(a,b,100)
t1 = np.linspace(a,b,100)
ax1.plot(t, d2y_dx2(t))
ax2.plot(t, slope(t))
ax3.plot(t1, defl(t1))
plt.show()

Hasil:

Answer 2

Saya rasa saya menemukan solusi untuk lereng. Saya akan mencoba yang lain nanti. Berikut pembaruannya.

from scipy import integrate
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# Beam parameters
L = 100
w = 10
h = 10
I = (w*h**3)/12
E = 200000
F = 100

# Integration parameters
a = 0.0
b = L

# Define the beam equation
def d2y_dx2(x,y=None):
    return (-F*x)/(E*I)

    
# Define the integration1 - slope
def slope(x):
    slope_res = np.zeros_like(x)
    for i,val in enumerate(x):
        y,err = integrate.quad(f,a,val)
        slope_res[i]=y
    return slope_res

# Define the integration1 - deflection
def defl(x):
    
    defl_res = np.zeros_like(x)
    for i,val in enumerate(x):
        y, err = integrate.dblquad(d2y_dx2,0,val, lambda x: 0, lambda x: val)
        defl_res[i]=y
    return defl_res

# Plot
fig, (ax1, ax2, ax3) = plt.subplots(3)
t = np.linspace(a,b,100)
t1 = np.linspace(a,b,100)
ax1.plot(t, d2y_dx2(t))
ax2.plot(t, slope(t))
ax3.plot(t1, defl(t1))
plt.show()

Hasil Baru:

Masih berjuang dengan yang terakhir ...