کتاب آموزش کاربردی MATLAB برای مهندسان عمران

کتاب آموزش کاربردی MATLAB برای مهندسان عمران

در زمینه‌های متنوع مرتبط با مهندسی و مهندسی ساختمان، نرم‌افزارهای متنوعی وجود دارند که به مهندسان و متخصصین مرتبط با این زمینه کمک می‌کنند و امکانات متنوعی را در اختیارشان قرار می‌دهند. این نرم‌افزارها برای طراحی، مدل‌سازی، تحلیل سازه‌ها، برنامه‌ریزی پروژه، مدیریت منابع و هزینه‌ها و مواردی از این دست استفاده می‌شوند. برای یادگیری و آموزش این نرم‌افزارها راه‌های متنوعی وجود دارد که استفاده از کتب آموزشی یکی از این راه‌‌هاست. این روش از آن‌ جا که معمولاً اقتصادی‌ترین روش است و از طرفی نیاز به کلاس‌های حضوری و غیر حضوری را برطرف می‌نماید، مورد توجه مهندسین و مخاطبین این نرم‌افزارها قرار می‌گیرد. بنیاد مهندسی ساختمان، به همین جهت این کتب تخصصی را با تخفیف ویژه در اختیار کاربران و مخاطبان این نرم‌افزارها قرار می‌دهد.

کتاب آموزش کاربردی MATLAB برای مهندسان عمران  : 

به جرات می‌توان گفت که نرم‌افزار متلب، پرکاربردترین نرم‌افزار برنامه‌نویسی در مهندسی عمران می‌باشد که بیشتر دانشجویان این رشته با آن سروکار دارند. این مجموعه، اولین کتاب آموزش متلب برای دانشجویان مهندسی عمران می‌باشد که دستورات لازم و کافی در آن بیان شده است. همچنین مهم‌ترین برنامه‌های دروس دینامیک سازه و مهندسی زلزله در آن شرح داده شده است. در آخر کتاب نیز، جعبه ابزار بهینه سازی (الگوریتم ژنتیک) به طور مختصر توضیح داده شده است.

پیشگفتار:

متلب یکی از نرم افزارهای قدرتمند برنامه‌نویسی می‌باشد که کتابخانه‌ای از ماتریس‌ها می‌باشد و کاربرد گسترده‌ای در زمینه علوم مهندسی دارد. محاسبات طاقت فرسا در مهندسی عمران با استفاده از این نرم‌افزار به راحتی انجام می‌شود. یک مهندس عمران با کد‌نویسی در این نرم افزار می‌تواند محاسبات تکراری را به سهولت انجام دهد. و همچنین دید بهتری نسبت به اصل موضوع پیدا کند.

با توجه به تجربه مولفین‌، ضرورت نگارش یک کتاب آموزش متلب برای مهندسین عمران احساس می‌شد تا به صورت تخصصی دستورات مفید را برای دانشجویان این رشته شرح دهد. در این کتاب ابتدا دستورات پرکاربرد شرح داده شده‌اند و سعی شده است که با بیان مثال آموزش گام به گام ادامه داده شود.

در بخش دوم کتاب، چندین برنامه برای آشنایی مقدماتی با برنامه‌نویسی نوشته شده است که همانند پلی بین دستورات کاربردی و برنامه‌نویسی در عمران می‌باشد.

از مهم‌ترین دروس عمران می‌توان به دروس دینامیک سازه و مهندسی زلزله اشاره نمود که در ادامه‌ی کتاب برنامه‌های مربوط به این دروس تشریح شده‌اند. نگاهی بر جعبه ابزار بهینه‌سازی و استفاده از الگوریتم ژنتیک در متلب، آخرین بخش این کتاب را تشکیل می‌دهد.

فهرست مطالب:

فصل اول / مبانی، مفاهیم و كلّیات 

۱-۱-آشنایی با متلب
۱-۲-محیط متلب
۱-۳-پنجره‌ی Command Window
۱-۴-پنجره‌ی Command History
۱-۵-پنجره‌ی Current Folder
۱-۶-پنجره‌ی Workspace
۱-۷-M فایل
۱-۸-تابع
۱-۹-Toolbox
۱-۱۰-Simulink
۱-۱۱-اعداد در متلب
۱-۱۲-اعداد مختلط
۱-۱۳-دامنه‌ی اعداد
۱-۱۴-عدد پی
۱-۱۵-تعریف متغیرها
۱-۱۶-قواعد نامگذاری متغیرها
۱-۱۷-تعریف ماتریس
۱-۱۸-درایه‌های ماتریس
۱-۱۹-تغییرات در درایه‌های ماتریس
۱-۲۰-ماتریس با درجات بالاتر
۱-۲۱-انواع ماتریس
۱-۲۲-رشته‌ها
۱-۲۳-تبدیل رشته به عدد
۱-۲۴-تبدیل عدد به رشته
۱-۲۵-عملیات‌ها
۱-۲۶-عملیات‌های ریاضی
۱-۲۷-عملیات جمع
۱-۲۸-عملیات تفریق
۱-۲۹-عملیات ضرب
۱-۳۰-عملیات تقسیم
۱-۳۱-دیگر عملیات‌های جبری
۱-۳۲-اولویت‌های محاسباتی
۱-۳۳-عملیات‌های منطقی

۱-۳۴-عملگر ( و )
۱-۳۵-عملگر ( یا )
۱-۳۶-عملگر ( نه ):
۱-۳۷-عملیات‌های رابطه‌ی
۱-۳۸-عملگرهای کاربردی
۱-۳۹-دستور‌های کاربردی
۱-۴۰-دستورهای اولیه
۱-۴۱-دستور clc
۱-۴۲-دستور clear all
۱-۴۳-دستور ctrl+c
۱-۴۴-دستورهای آماری
۱-۴۵-دستورهای آماری پرکاربرد
۱-۴۶-دیگر دستورهای آماری
۱-۴۷-دستورات نمایشی
۱-۴۸-دستور display()

۱-۴۹-فرمت

۱-۵۰-دستور Format short
۱-۵۱-دستور Format long
۱-۵۲-دستور Format shortE
۱-۵۳-دستور Format longE
۱-۵۴-دستور Format bank
۱-۵۵-دستورات ورودی و خروجی
۱-۵۶-دستورات ورودی
۱-۵۷-دستور input
۱-۵۸-دستور xlsread
۱-۵۹-دستور textread
۱-۶۰-دستورات خروجی
۱-۶۱-دستور xlswrite
۱-۶۲-دستور dlmwrite
۱-۶۳-توابع کاربردی
۱-۶۴-توابع مثلثاتی
۱-۶۵-تبدیل زوایا
۱-۶۶-توابع نمایی
۱-۶۷-توابع لگاریتمی
۱-۶۸-دیگر توابع
۱-۶۹-ساختارهای کنترلی
۱-۷۰-حلقه‌ی for
۱-۷۱-ساختار شرطی if
۱-۷۲-حلقه‌ی while
۱-۷۳-ساختار تصمیم گیری switch
۱-۷۴-روش‌های تولید یک ماتریس
۱-۷۵-روش استفاده از شمارنده‌ها (درایه‌ی ماتریس)
۱-۷۶-روش استفاده از ماتریس تهی
۱-۷۷-ماتریس‌های چند بعدی و حلقه‌های تودرتو
۱-۷۸-ریشه‌یابی، مقداردهی و مشتق‌یری و انتگرال‌یری توابع
۱-۷۹-متغیرها
۱-۸۰-دستور Sym
S
۱-۸۱-ریشه‌های تابع

۱-۸۲-ریشه‌های تابع چند جمله‌ای
۱-۸۳-مقداردهی تابع
۱-۸۴-دستور subs
۱-۸۵-حل تابع
۱-۸۶-دستور solve
۱-۸۷-دستور double(solve())
۱-۸۸-مشتق‌گیری
۱-۸۹-دستور diff
۱-۹۰-انتگرال‌گیری
۱-۹۱-دستور int
۱-۹۲-دیفرانسیل‌گیری
۱-۹۳-دستور dsolve
۱-۹۴-دستورات ویرایشی تابع
۱-۹۵-دستور simplify
۱-۹۶-ترسیم‌ها در متلب
۱-۹۷-ترسیم نمودار دوبعدی
۱-۹۸-رسم نمودار‌های سه بعدی
۱-۹۹-تنظیمات ترسیم
۱-۱۰۰-نامگذاری محورها
۱-۱۰۱-عنوان نمودار
۱-۱۰۲-افزودن متن
۱-۱۰۳-راهنمای نقشه
۱-۱۰۴-معرفی دستور hold on
۱-۱۰۵-چند ترسیم در یک صفحه

فصل دوم / مقدماتی بر برنامه‌های عمرانی 

مقدمه
حل تابع
مشتق‌گیری
انتگرالگیری
دیفرانسیل‌گیری

فصل سوم / برنامه‌های دینامیک سازه 

۳-۱-مقدمه
۳-۲-پاسخ سازه یک درجه آزادی به تحریک هارمونیک و تناوبی
۳-۳-سیستم یک درجه‌ی آزادی نامیرا تحت ارتعاش آزاد
۳-۴-سیستم یک درجه آزادی میرا تحت ارتعاش آزاد
۳-۵-سیستم یک درجه آزادی نامیرا تحت اثر ارتعاش اجباری
۳-۶-سیستم یک درجه آزادی میرا تحت اثر ارتعاش اجباری
۳-۷-پاسخ سازه یک درجه آزادی به ارتعاش غیرهارمونیک
۳-۸-روش تبدیل فوریه
۳-۹-روش انتگرال دیوهامل
۳-۱۰-روش نیومارک بتا
۳-۱۱-روش درون‌یابی خطی نیرو
۳-۱۲-طیف پاسخ زلزله
۳-۱۳-تعیین فركانس‌ها و شکل مودی سازه چند درجه آزادی
۳-۱۴-پاسخ سازه‌ی چند درجه آزادی
۳-۱۵-روش نیومارک بتا
۳-۱۶-تحلیل مدی دستگاه‌های چند درجه‌ی آزادی تحت نیروهای زلزله برای مدل‌های خطی:

فصل چهارم / برنامه‌های مهندسی زلزله 

طیف ۲۸۰۰
تحلیل طیفی
روش دقیق

فصل پنجم / جعبه ابزارهای متلب 

۵-۱-جعبه ابزار بهینه‌سازی
۵-۲-الگوریتم ژنتیک
۵-۳-ساختار الگوریتم‏ های ژنتیكی
۵-۴-كروموزوم
۵-۵-جمعیت
۵-۷-تابع برازندگی
۵-۸-عملگرهای ژنتیكی
۵-۹-عملگرهای ژنتیكی
۵-۱۰-عملگر انتخاب
۵-۱۱-عملگر آمیزش
۵-۱۲-عملگر جهش
۵-۱۳-روند كلی الگوریتم‏های ژنتیكی
۵-۱۴-الگوریتم ژنتیک در متلب
۵-۱۵-Problem
۵-۱۶-Constraints
۵-۱۷-Run solver and view results
مراجع

فهرست اشكال و جداول 

شکل ۱-۱:

پیغام تغییر مسیر فایل

جدول ۱-۱:

عملگرهای رابطه ای و کاربرد آنها

جدول ۱-۲:

عملگرهای کاربردی و کاربرد آنها

جدول ۱-۳:

دستورات آماری

جدول ۱-۴:

دستورات آماری ثانویه

جدول ۱-۵:

انواع فرمت اعداد و رشتهها

شکل ۱-۲:

نمایش خروجی ها در فایل اکسل

شکل ۱-۳:

نمایش فایل خروجی در notepad

جدول ۱-۵:

توابع مثلثاتی

جدول ۱-۶:

دستورات مربوط به تبدیل زوایا

جدول ۱-۷:

توابع لگاریتمی

شکل ۱-۴:

نمودار y=sin(x)

جدول ۱-۸:

تنظیمات ترسیم نمودار

شکل ۱-۵:

نمودار توابع y=sin(x) و y=cos(x)

شکل ۳-۱: تغییرمکان سیستم یک درجه آزادی نامیرا تحت اثر ارتعاش آزاد 

شکل ۳-۲:

نمودار تغییرمکان سیستم یک درجه آزادی میرا تحت ارتعاش آزاد

شکل ۳-۳:

نمودار تغییرمکان سیستم ارتعاش آزاد نامیرا تحت اثر ارتعاش اجباری

شکل ۳-۴:

تغییرمکان سیستم یک درجه آزادی نامیرا تحت اثر ارتعاش اجباری

شکل ۳-۵:

تغییرمکان سیستم ارتعاش اجباری نامیرا با فرمول و روش دیفرانسیل گیری

شکل ۳-۶:

تغییرمکان سیستم یک درجه آزادی تحت اثر ارتعاش هارمونیک

شکل ۳-۷:

نمودار تغییرمکان سیستم یک درجه آزادی میرا تحت اثر ارتعاش اجباری به روش دیفرانسیل گیری

شکل ۳-۸:

مقایسه‌ی تغییرمکان سیستم یک درجه‌ی آزادی میرا به روش دیفرانسیل گیری و فرمول نویسی

شکل ۳-۹:

مقایسه‌ی تغییرمکان سیستم یک درجه‌ی آزادی میرا به روش دیفرانسیل گیری و فرمول نویسی با میرایی ۱۰۰۰۰

شکل ۳-۱۰:

تغییرمکان سیستم یک درجه آزادی میرا تحت اثر ارتعاش اجباری

شکل ۳-۱۱:

تغییرمکان سیستم یک درجه آزادی میرا به روش انتگرال دیوهامل

شکل ۳-۱۲:

تغییرمکان سیستم یک درجه آزادی تحت ارتعاش اجباری به روش انتگرال دیوهامل

شکل ۳-۱۳:

تغییرمکان سیستم یک درجه آزادی به روش شتاب خطی

شکل ۳-۱۴:

تغییرمکان سیستم یک درجه آزادی به روش درون یابی خطی نیرو

شکل ۳-۱۵:

نمودار تغییرمکان و سرعت سیستم یک درجه آزادی به روش درون یابی خطی نیرو

شکل ۳-۱۶:

طیف جابجایی زلزله‌ی طبس

شکل ۳-۱۷:

طیف سرعت زلزله‌ی طبس

شکل ۳-۱۸:

طیف شتاب زلزله طبس

شکل ۳-۱۹:

مودی سازه‌ی سه طبقه

شکل ۳-۲۰:

تغییرمکان طبقات قاب سه طبقه

شکل ۳-۲۱:

نمودار تغییرمکان قاب سه طبقه با ۵درصد میرایی در مودهای مختلف

شکل ۳-۲۲:

تغییرمکان قاب سه طبقه با روش انتگرال دیوهامل

شکل۳-۲۳:

مودی سیستم سه درجه آزادی

شکل ۴-۱:

طیف شتاب ۲۸۰۰

شکل ۴-۲:

طیف سرعت ۲۸۰۰

شکل ۵-۱:

جعبه ابزار بهینه‌سازی

شکل ۵-۲:

جعبه ابزار بهینه‌سازی برای الگوریتم ژنتیک

شکل ۵-۳:

ورود تابع در جعبه ابزار بهینه‌سازی

منابع و مآخذ کتاب آموزش کاربردی MATLAB برای مهندسان عمران

آموزش کاربردی MATLAB برای مهندسان عمران مطلب عمران، متلب عمران