Elementarium ve veřejné betě: metoda konečných prvků v kartě prohlížeče

Elementarium je ode dneška otevřené všem jako veřejná beta. Je to pracovní prostředí pro výpočty metodou konečných prvků, které běží v kartě prohlížeče: model, výpočet, posudky i statický výpočet na jednom místě, na počítači, který máte před sebou, a bez instalace.

V tomhle textu chci vysvětlit, proč je postavené právě takhle a kam míří.

Proč v prohlížeči

Statika se dnes nedělá u jednoho stolu. Modely putují mezi architekty, konstruktéry a kontrolními statiky a projekt se často ověřuje v jiné kanceláři, někdy i v jiné zemi.

Většina výpočetních programů přitom pořád počítá s jednou pracovní stanicí, instalátorem, licenčním serverem, hardwarovým klíčem, modulem na každý materiál a souborem na jednom disku. Dokumenty a nástroje pro návrh jsou dávno živé a sdílené; statické výpočty většinou ne.

Prohlížeč je dnes plnohodnotný počítač

WebAssembly spouští přeložený kód téměř rychlostí nativního programu a díky vláknům a vektorovým instrukcím využije celý procesor. Řešič Elementaria je jádro metody konečných prvků napsané v C++ a přeložené do WebAssembly. Když stisknete Spočítat, běží na vašem vlastním procesoru.

Nic se nenahrává, nic nečeká ve frontě za cizí úlohou a neblokuje se žádná licence. Z toho plynou tři věci:

• Rychlost, se kterou se dá pracovat. Rámová konstrukce se spočítá v milisekundách, takže změnit průřez a přepočítat se stane zvykem, ne pochůzkou.
• Soukromí už z principu. Výpočet nic neodesílá. Model opouští váš počítač jen kvůli synchronizaci a sdílení, a to jen když jste přihlášení.
• Funguje tam, kde jste. Projekt, který máte otevřený, se dá modelovat, počítat i zpracovat do statického výpočtu bez připojení.

Cenou za to je, že vás omezuje vlastní hardware, ne pronajatý cluster. Na rámy a stropní desky běžné velikosti současný notebook stačí.

Každé číslo se musí umět obhájit

Výsledek statického výpočtu má přesně takovou cenu, jakou ho dokážete obhájit před tím, kdo ho kontroluje.

U každého využití je článek normy, ze kterého vychází, rozhodující kombinace a místo na prutu, kde rozhoduje. Statický výpočet obsahuje i ruční výpočet s dosazenými hodnotami, takže ho kontrolor projde řádek po řádku. Formulace každého prvku, jeho předpoklady i meze jsou popsané, stejně jako znaménková konvence za každým diagramem.

Stejné nároky platí pro řešič: každý typ prvku se před začleněním změn ověřuje proti analytickým řešením. To je ale naše minimum, ne váš důkaz. Návod k ověření ukazuje, jak program prověřit sami – na úloze, jejíž výsledek už znáte.

Jeden prvek pro všechny plochy

Desky, stěny, jádra, základové desky i skořepiny počítá tentýž čtyřuzlový prvek MITC4, ohyb i membránové působení najednou. Se zmenšující se tloušťkou nevzniká smykové zamykání, takže 200mm strop i 1,2m základová deska používají stejnou formulaci – žádná volba mezi tenkou a tlustou deskou, ve které se dá splést, žádná redukovaná integrace, žádný součinitel pro přesýpací hodiny, který by někdo musel ladit. Generátor sítě vytváří všude čtyřúhelníky, i v rozích otvorů a vnitřních koutech, kde by horší prvek napáchal nejvíc škody.

Model jako sdílený dokument

Jakmile model žije v prohlížeči, může se chovat jako všechno ostatní, co tam žije. Na stejném modelu pracuje víc lidí najednou a co uděláte bez připojení, se po připojení sloučí.

Otevřené od základu

Elementarium čte i zapisuje SAF, výměnný formát, kterým mluví SCIA, RFEM a další, a vlastní projektový soubor uchovává beze ztrát.

Totéž platí pro cenu. Je tu tarif zdarma bez platební karty a bez odpočtu zkušební doby a jedno předplatné, ve kterém je všechno a které můžete zrušit kterýkoli měsíc. Žádný modul za každý materiál a žádná nabídka, kterou musí podepsat ředitel. Ceník říká všechno.

Kam dál

Dalším krokem jsou posudky betonu podle EN 1992-1-1, po nich vzpěr prutů podle EN 1993-1-1 §6.3, řezy a návrhové pruhy deskami, materiálová a kontaktní nelinearita, skriptovací API a další normy a národní přílohy. O pořadí rozhoduje to, o co si statici řeknou, a co už vyšlo, zaznamenávají poznámky k vydání.

Nejrychleji si udělat názor: otevřete některý z řešených příkladů přímo v editoru. Pak zkuste postavit něco vlastního a napište mi, kde to nestačí: zpráva na [email protected] dojde přímo tomu, kdo píše řešič.