پروژه نرم افزار مکانیک1

Table of Contents

پروژه نرم افزار مکانیک

۱. موضوع پروژه و هدف

موضوع: نرم‌افزار شبیه‌سازی حرکت و تنش در اجسام مکانیکی
هدف: ایجاد نرم‌افزاری که به کاربر امکان دهد نیروها و حرکت اجسام مختلف را شبیه‌سازی کرده و تنش و تغییر شکل آن‌ها را در شرایط مختلف بررسی کند.

۲. عملکرد نرم‌افزار در پروژه نرم افزار مکانیک

کاربر مدل مکانیکی (مانند تیر، فنر، یا چرخ‌دنده) را وارد می‌کند یا طراحی می‌کند.
وارد کردن مشخصات مواد (مثل فلز، پلاستیک، آلومینیوم).
اعمال نیروها و شرایط مرزی (مثلاً فشار، کشش، وزن، اصطکاک).
شبیه‌سازی حرکت یا رفتار مکانیکی مدل.
نمایش نتایج به صورت نمودار، گراف و انیمیشن.

۳. تکنولوژی‌هاو زبان‌های برنامه‌نویسی پیشنهادی

زبان برنامه‌نویسی: Python، C++ یا C#
کتابخانه‌ها و ابزارها:
- Python: PyQt یا Tkinter برای رابط کاربری، Matplotlib برای نمودار، NumPy و SciPy برای محاسبات مکانیکی.
- C++: Qt برای GUI، OpenGL برای شبیه‌سازی سه‌بعدی.
- C#: WPF یا Windows Forms برای GUI.
قابلیت توسعه: اضافه کردن ماژول تحلیل سیالات (CFD) یا رباتیک.

۴. دیاگرام‌ها و ساختار پروژه نرم افزار مکانیک

دیاگرام کلاس‌ها در پروژه نرم افزار مکانیک:
- Object: تعریف اجسام مکانیکی (تیر، فنر، جرم).
- Material: مشخصات ماده (چگالی، مدول یانگ، ضریب اصطکاک).
- Force: نیروهای اعمالی (وزن، کشش، فشار).
- Simulation: بخش شبیه‌سازی و حل معادلات دینامیک.
- UI: رابط کاربری برای ورود داده‌ها و نمایش نتایج.
دیاگرام جریان داده‌ها در پروژه نرم افزار مکانیک:
1. ورود مدل → 2. ورود مشخصات ماده → 3. اعمال نیرو → 4. شبیه‌سازی → 5. نمایش نمودار/انیمیشن

۵. قابلیت‌ها و امکانات نرم‌افزار

امکان تعریف انواع اجسام مکانیکی (تیر، صفحه، فنر).
محاسبه تنش، کرنش و تغییر شکل.
نمایش حرکت و تغییر شکل به صورت انیمیشن.
امکان ذخیره نتایج شبیه‌سازی و نمودارها.
افزودن نیروهای مختلف و تغییر شرایط مرزی در زمان واقعی.

نمونه پروژه شبیه‌سازی جرم-فنر در پایتون

۱. توضیح پروژه

شبیه‌سازی حرکت یک جرم متصل به فنر با استفاده از قانون هوک و معادله حرکت $\cdot a$
رسم نمودار جابجایی جرم نسبت به زمان.
قابلیت تغییر جرم، ضریب فنر و نیروی اولیه.

۲. کد نمونه پایتون

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt
# مشخصات سیستم

m = 1.0        # جرم (kg)

k = 10.0       # ضریب فنر (N/m)

x0 = 0.1       # جابجایی اولیه (m)

v0 = 0.0       # سرعت اولیه (m/s)

t_max = 10     # زمان شبیه‌سازی (s)

dt = 0.01      # گام زمانی (s)
# آرایه زمان

t = np.arange(0, t_max, dt)
# آرایه جابجایی و سرعت

x = np.zeros(len(t))

v = np.zeros(len(t))
# مقادیر اولیه

x[0] = x0

v[0] = v0
# شبیه‌سازی حرکت با روش اویلر

for i in range(1, len(t)):

    a = -k/m * x[i-1]     # شتاب طبق قانون هوک

    v[i] = v[i-1] + a*dt

    x[i] = x[i-1] + v[i]*dt

# رسم نمودار plt.plot(t, x) plt.title("شبیه‌سازی حرکت جرم-فنر") plt.xlabel("زمان (s)") plt.ylabel("جابجایی (m)") plt.grid(True) plt.show()

۳. توضیح کد

ابتدا مشخصات سیستم (جرم، ضریب فنر، جابجایی اولیه) تعریف شده.
با استفاده از روش Euler حرکت جرم-فنر شبیه‌سازی شده.
در نهایت، نمودار جابجایی برحسب زمان رسم می‌شود.

این نمونه، پایه‌ای برای اضافه کردن امکانات بیشتره مثل:

رابط گرافیکی با Tkinter یا PyQt
اضافه کردن چند جرم و فنر متصل به هم
نمایش انیمیشن حرکت اجسام به جای نمودار ساده
اضافه کردن مقاومت هوا یا نیروی خارجی

۱. توضیح پروژه گرافیکی

شبیه‌سازی حرکت یک جرم متصل به فنر با نمایش انیمیشن در GUI
امکان تغییر جرم، ضریب فنر، جابجایی اولیه و سرعت اولیه از طریق رابط کاربری
نمایش نمودار جابجایی برحسب زمان

۲. کد نمونه پایتون با Tkinter و Matplotlib

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg

import tkinter as tk
# تابع شبیه‌سازی حرکت جرم-فنر

def simulate():

    m = float(entry_mass.get())

    k = float(entry_spring.get())

    x0 = float(entry_x0.get())

    v0 = float(entry_v0.get())

    t_max = float(entry_tmax.get())

    dt = 0.01
    t = np.arange(0, t_max, dt)

    x = np.zeros(len(t))

    v = np.zeros(len(t))

    x[0] = x0

    v[0] = v0
    for i in range(1, len(t)):

        a = -k/m * x[i-1]

        v[i] = v[i-1] + a*dt

        x[i] = x[i-1] + v[i]*dt
    # رسم نمودار در GUI

    fig.clear()

    ax = fig.add_subplot(111)

    ax.plot(t, x)

    ax.set_title("شبیه‌سازی حرکت جرم-فنر")

    ax.set_xlabel("زمان (s)")

    ax.set_ylabel("جابجایی (m)")

    ax.grid(True)

    canvas.draw()
# ساخت رابط کاربری

root = tk.Tk()

root.title("شبیه‌سازی جرم-فنر")
tk.Label(root, text="جرم (kg):").grid(row=0, column=0)

entry_mass = tk.Entry(root)

entry_mass.insert(0, "1.0")

entry_mass.grid(row=0, column=1)
tk.Label(root, text="ضریب فنر (N/m):").grid(row=1, column=0)

entry_spring = tk.Entry(root)

entry_spring.insert(0, "10.0")

entry_spring.grid(row=1, column=1)
tk.Label(root, text="جابجایی اولیه (m):").grid(row=2, column=0)

entry_x0 = tk.Entry(root)

entry_x0.insert(0, "0.1")

entry_x0.grid(row=2, column=1)
tk.Label(root, text="سرعت اولیه (m/s):").grid(row=3, column=0)

entry_v0 = tk.Entry(root)

entry_v0.insert(0, "0.0")

entry_v0.grid(row=3, column=1)
tk.Label(root, text="زمان شبیه‌سازی (s):").grid(row=4, column=0)

entry_tmax = tk.Entry(root)

entry_tmax.insert(0, "10")

entry_tmax.grid(row=4, column=1)
tk.Button(root, text="شروع شبیه‌سازی", command=simulate).grid(row=5, column=0, columnspan=2)
# افزودن نمودار به GUI

fig = plt.Figure(figsize=(6,4))

canvas = FigureCanvasTkAgg(fig, master=root)

canvas.get_tk_widget().grid(row=6, column=0, columnspan=2)

root.mainloop()

۳. توضیح کد گرافیکی پروژه نرم افزار مکانیک

از Tkinter برای ساخت فرم و ورودی‌ها استفاده شد.
کاربر می‌تواند جرم، ضریب فنر، جابجایی و سرعت اولیه و زمان شبیه‌سازی را وارد کند.
با زدن دکمه، حرکت جرم-فنر شبیه‌سازی شده و نمودار در همان پنجره رسم می‌شود.
این پایه برای اضافه کردن انیمیشن واقعی حرکت جرم روی صفحه هم آماده است.

۱. توضیح پروژه انیمیشنی پروژه نرم افزار مکانیک

نمایش حرکت جرم روی صفحه و فنر به صورت زنده در پروژه نرم افزار مکانیک
کاربر می‌تواند پارامترهای سیستم (جرم، ضریب فنر، جابجایی اولیه، سرعت اولیه)پروژه نرم افزار مکانیک را تغییر دهد
رسم نمودار جابجایی همزمان با انیمیشن در پروژه نرم افزار مکانیک

۲. کد نمونه پایتون با انیمیشن (Tkinter + Matplotlib + Canvas) پروژه نرم افزار مکانیک

import tkinter as tk

import numpy as np

import time
# ایجاد پنجره

root = tk.Tk()

root.title("شبیه‌سازی جرم-فنر با انیمیشن")
# تنظیم پارامترها

tk.Label(root, text="جرم (kg):").grid(row=0, column=0)

entry_mass = tk.Entry(root)

entry_mass.insert(0, "1.0")

entry_mass.grid(row=0, column=1)
tk.Label(root, text="ضریب فنر (N/m):").grid(row=1, column=0)

entry_spring = tk.Entry(root)

entry_spring.insert(0, "10.0")

entry_spring.grid(row=1, column=1)
tk.Label(root, text="جابجایی اولیه (m):").grid(row=2, column=0)

entry_x0 = tk.Entry(root)

entry_x0.insert(0, "0.1")

entry_x0.grid(row=2, column=1)
tk.Label(root, text="سرعت اولیه (m/s):").grid(row=3, column=0)

entry_v0 = tk.Entry(root)

entry_v0.insert(0, "0.0")

entry_v0.grid(row=3, column=1)
tk.Label(root, text="زمان شبیه‌سازی (s):").grid(row=4, column=0)

entry_tmax = tk.Entry(root)

entry_tmax.insert(0, "10")

entry_tmax.grid(row=4, column=1)
# Canvas برای نمایش انیمیشن

canvas = tk.Canvas(root, width=600, height=200, bg="white")

canvas.grid(row=5, column=0, columnspan=2)
def simulate_animation():

    canvas.delete("all")

    m = float(entry_mass.get())

    k = float(entry_spring.get())

    x0 = float(entry_x0.get())

    v0 = float(entry_v0.get())

    t_max = float(entry_tmax.get())

    dt = 0.01
    # تبدیل جابجایی به پیکسل برای نمایش

    scale = 200  # 1 متر = 200 پیکسل
    # شبیه‌سازی حرکت جرم-فنر

    t = np.arange(0, t_max, dt)

    x = np.zeros(len(t))

    v = np.zeros(len(t))

    x[0] = x0

    v[0] = v0
    for i in range(1, len(t)):

        a = -k/m * x[i-1]

        v[i] = v[i-1] + a*dt

        x[i] = x[i-1] + v[i]*dt
    # انیمیشن حرکت جرم

    mass_radius = 20

    for xi in x:

        canvas.delete("all")

        # رسم فنر (خط ساده)

        canvas.create_line(50, 100, 50 + xi*scale, 100, width=4, fill="blue")

        # رسم جرم

        canvas.create_oval(50 + xi*scale - mass_radius, 100 - mass_radius,

                           50 + xi*scale + mass_radius, 100 + mass_radius, fill="red")

        root.update()

        time.sleep(dt)
tk.Button(root, text="شروع شبیه‌سازی", command=simulate_animation).grid(row=6, column=0, columnspan=2)

root.mainloop()

۳. توضیح کد انیمیشنی در پروژه نرم افزار مکانیک

Canvas در Tkinter برای نمایش گرافیکی فنر و جرم استفاده شد.
حرکت جرم به صورت انیمیشن زنده بر اساس شبیه‌سازی Euler نمایش داده می‌شود.
فنر با خط آبی و جرم با دایره قرمز نمایش داده شده است.
مقیاس پیکسل (scale) قابل تغییر است تا جابجایی واقعی بهتر دیده شود.
این پایه را می‌توان توسعه داد برای:
- چند جرم و فنر متصل به هم در پروژه نرم افزار مکانیک
- نمایش نمودار جابجایی و سرعت همزمان کنار انیمیشن در پروژه نرم افزار مکانیک
- اعمال نیروی خارجی و مقاومت هوا در پروژه نرم افزار مکانیک

۱. ویژگی‌های نسخه نهایی پروژه نرم افزار مکانیک

شبیه‌سازی چند جرم متصل به چند فنر در پروژه نرم افزار مکانیک
امکان تغییر جرم‌ها، ضرایب فنر، جابجایی اولیه و سرعت اولیه با اسلایدر در پروژه نرم افزار مکانیک
نمایش انیمیشن زنده حرکت جرم‌ها و فنرها در پروژه نرم افزار مکانیک
نمایش نمودار جابجایی و سرعت همزمان
قابلیت ذخیره نمودار و داده‌ها برای گزارش پروژه

۲. ساختار کلی پروژه نرم افزار مکانیک

مدل‌سازی سیستم مکانیکی: کلاس Mass و کلاس Spring
شبیه‌سازی دینامیک: حل معادله حرکت با روش Euler یا Runge-Kutta
رابط کاربری گرافیکی: Tkinter + Canvas + Matplotlib
انیمیشن و نمودار: رسم حرکت جرم‌ها روی Canvas و نمودار در کنار آن

۳. ایده کد نمونه نهایی (پایه)

import tkinter as tk

from tkinter import ttk

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg

import time
# کلاس برای هر جرم

class Mass:

    def __init__(self, x0, v0, m):

        self.x = x0

        self.v = v0

        self.m = m
# کلاس برای فنر بین دو جرم یا جرم و دیوار

class Spring:

    def __init__(self, k, mass1, mass2=None):

        self.k = k

        self.mass1 = mass1

        self.mass2 = mass2  # None یعنی متصل به دیوار
# تابع شبیه‌سازی حرکت سیستم

def simulate(masses, springs, t_max, dt=0.01):

    t = np.arange(0, t_max, dt)

    x_history = [ [mass.x] for mass in masses ]
    for _ in t[1:]:

        a_list = []

        # محاسبه شتاب هر جرم

        for i, mass in enumerate(masses):

            F = 0

            for spring in springs:

                if spring.mass1 == mass:

                    if spring.mass2:

                        F += -spring.k * (mass.x - spring.mass2.x)

                    else:

                        F += -spring.k * mass.x

                elif spring.mass2 == mass:

                    F += -spring.k * (mass.x - spring.mass1.x)

            a_list.append(F / mass.m)
        # بروزرسانی سرعت و موقعیت

        for idx, mass in enumerate(masses):

            mass.v += a_list[idx] * dt

            mass.x += mass.v * dt

            x_history[idx].append(mass.x)
    return t, x_history
# تابع رسم انیمیشن و نمودار

def animate_system():

    canvas.delete("all")

    # ساخت جرم‌ها و فنرها بر اساس ورودی‌ها

    m1 = Mass(float(entry_m1.get()), 0.0, float(entry_mass1.get()))

    m2 = Mass(float(entry_m2.get()), 0.0, float(entry_mass2.get()))

    spring1 = Spring(float(entry_k1.get()), m1)

    spring2 = Spring(float(entry_k2.get()), m1, m2)

    spring3 = Spring(float(entry_k3.get()), m2)
    masses = [m1, m2]

    springs = [spring1, spring2, spring3]

    t, x_hist = simulate(masses, springs, float(entry_tmax.get()))
    scale = 200

    mass_radius = 20
    # انیمیشن روی Canvas

    for step in range(len(t)):

        canvas.delete("all")

        # رسم فنرها به صورت خطوط

        canvas.create_line(50, 100, 50 + x_hist[0][step]*scale, 100, width=4, fill="blue")

        canvas.create_line(50 + x_hist[0][step]*scale, 100, 50 + x_hist[1][step]*scale, 100, width=4, fill="green")

        canvas.create_line(50 + x_hist[1][step]*scale, 100, 600, 100, width=4, fill="blue")

        # رسم جرم‌ها

        canvas.create_oval(50 + x_hist[0][step]*scale - mass_radius, 100 - mass_radius,

                           50 + x_hist[0][step]*scale + mass_radius, 100 + mass_radius, fill="red")

        canvas.create_oval(50 + x_hist[1][step]*scale - mass_radius, 100 - mass_radius,

                           50 + x_hist[1][step]*scale + mass_radius, 100 + mass_radius, fill="orange")

        root.update()

        time.sleep(0.01)
    # رسم نمودار جابجایی

    fig.clear()

    ax = fig.add_subplot(111)

    ax.plot(t, x_hist[0], label="جرم 1")

    ax.plot(t, x_hist[1], label="جرم 2")

    ax.set_title("جابجایی جرم‌ها")

    ax.set_xlabel("زمان (s)")

    ax.set_ylabel("جابجایی (m)")

    ax.grid(True)

    ax.legend()

    canvas_plot.draw()
# ساخت رابط کاربری

root = tk.Tk()

root.title("شبیه‌سازی سیستم جرم-فنر حرفه‌ای")
tk.Label(root, text="جرم 1 (kg):").grid(row=0, column=0)

entry_mass1 = tk.Entry(root); entry_mass1.insert(0,"1.0"); entry_mass1.grid(row=0,column=1)

tk.Label(root, text="جرم 2 (kg):").grid(row=1, column=0)

entry_mass2 = tk.Entry(root); entry_mass2.insert(0,"1.0"); entry_mass2.grid(row=1,column=1)
tk.Label(root, text="ضریب فنر 1 (N/m):").grid(row=2, column=0)

entry_k1 = tk.Entry(root); entry_k1.insert(0,"10.0"); entry_k1.grid(row=2,column=1)

tk.Label(root, text="ضریب فنر 2 (N/m):").grid(row=3, column=0)

entry_k2 = tk.Entry(root); entry_k2.insert(0,"15.0"); entry_k2.grid(row=3,column=1)

tk.Label(root, text="ضریب فنر 3 (N/m):").grid(row=4, column=0)

entry_k3 = tk.Entry(root); entry_k3.insert(0,"10.0"); entry_k3.grid(row=4,column=1)
tk.Label(root, text="جابجایی اولیه جرم 1 (m):").grid(row=5, column=0)

entry_m1 = tk.Entry(root); entry_m1.insert(0,"0.1"); entry_m1.grid(row=5,column=1)

tk.Label(root, text="جابجایی اولیه جرم 2 (m):").grid(row=6, column=0)

entry_m2 = tk.Entry(root); entry_m2.insert(0,"0.0"); entry_m2.grid(row=6,column=1)
tk.Label(root, text="زمان شبیه‌سازی (s):").grid(row=7, column=0)

entry_tmax = tk.Entry(root); entry_tmax.insert(0,"10"); entry_tmax.grid(row=7,column=1)
tk.Button(root,text="شروع شبیه‌سازی", command=animate_system).grid(row=8,column=0,columnspan=2)
# Canvas انیمیشن

canvas = tk.Canvas(root, width=600, height=200, bg="white")

canvas.grid(row=9, column=0, columnspan=2)
# نمودار Matplotlib

fig = plt.Figure(figsize=(6,3))

canvas_plot = FigureCanvasTkAgg(fig, master=root)

canvas_plot.get_tk_widget().grid(row=10, column=0, columnspan=2)

root.mainloop()

۴. نکات مهم نسخه نهایی

چند جرم و چند فنر پشتیبانی می‌شود.
انیمیشن زنده روی Canvas نمایش داده می‌شود.
نمودار جابجایی همزمان رسم می‌شود و با هر شبیه‌سازی بروزرسانی می‌شود.
تمام پارامترها قابل تغییر از طریق ورودی‌های GUI هستند.
این پروژه آماده گزارش و ارائه دانشگاهی است و می‌توان با افزودن قابلیت‌های بیشتر مثل ذخیره داده‌ها، محاسبه انرژی سیستم و رسم نمودار انرژی آن را حرفه‌ای‌تر کرد.

۱. امکانات پیشرفته نسخه نهایی

چند جرم و چند فنر متصل به هم
- می‌توان سیستم‌های پیچیده مکانیکی با چند جرم و فنر شبیه‌سازی کرد.
- قابلیت انتخاب اینکه جرم‌ها به دیوار یا به هم متصل باشند.
انیمیشن واقعی و گرافیکی
- حرکت جرم‌ها روی Canvas با فنرهای کشیده و جمع شده.
- رنگ‌های مختلف برای هر جرم و فنر جهت تشخیص راحت‌تر.
نمودار همزمان
- نمودار جابجایی هر جرم در زمان واقعی.
- امکان اضافه کردن نمودار سرعت و شتاب همزمان با جابجایی.
کنترل پارامترها با ورودی و اسلایدر
- تغییر جرم‌ها، ضریب فنر، جابجایی و سرعت اولیه در حین شبیه‌سازی با اسلایدر.
- امکان مشاهده اثر تغییر هر پارامتر روی حرکت سیستم به صورت زنده.
ذخیره نتایج و نمودارها
- ذخیره داده‌های جابجایی و سرعت به صورت فایل CSV برای گزارش پروژه.
- ذخیره نمودارها به صورت PNG یا PDF برای ارائه.
اضافه کردن نیروهای خارجی یا مقاومت هوا
- نیروهای اضافی (مثل فشار یا وزش باد) قابل اعمال هستند.
- مقاومت هوا (damping) برای شبیه‌سازی واقعی‌تر.
محاسبه انرژی سیستم
- انرژی پتانسیل فنر، انرژی جنبشی و انرژی کل سیستم.
- نمایش نمودار انرژی برحسب زمان برای تحلیل دینامیک سیستم.

۲. معماری پروژه

الف) مدل‌سازی کلاس‌ها

Mass: جرم با خصوصیات x, v, m
Spring: فنر با خصوصیات k, mass1, mass2
System: شامل لیست جرم‌ها و فنرها، محاسبه شتاب‌ها و بروزرسانی موقعیت‌ها

ب) شبیه‌سازی دینامیک

حل معادله $\sum F$ با روش Euler یا Runge-Kutta 4
امکان افزودن مقاومت هوا یا نیروی خارجی

ج) رابط کاربری GUI

Tkinter Canvas: نمایش حرکت واقعی جرم‌ها و فنرها
Matplotlib: رسم نمودارهای جابجایی، سرعت و انرژی
Sliders و Entry: کنترل پارامترهای جرم، فنر، سرعت و جابجایی

د) انیمیشن و نمودار

هر گام شبیه‌سازی:
1. محاسبه موقعیت‌ها و شتاب‌ها
2. بروزرسانی Canvas برای نمایش حرکت
3. بروزرسانی نمودار Matplotlib برای جابجایی و انرژی

۳. ایده توسعه پروژه برای ارائه دانشگاه

گرافیک بهتر: استفاده از تصاویر و شکل‌های واقعی فنر و جرم
سیستم چند درجه آزادی: شبیه‌سازی حرکت در دو بعد (x و y)
تحلیل حساسیت: تغییر پارامترها و مشاهده اثر روی سیستم
محاسبات دقیق‌تر: استفاده از روش Runge-Kutta برای دقت بالاتر
گزارش آماده: نمودارهای خروجی، داده‌های CSV، محاسبات انرژی و توضیح علمی شبیه‌سازی

۱. هدف و اهمیت پروژه

این پروژه با محوریت شبیه‌سازی سیستم‌های مکانیکی ساخته می‌شود و اهداف آن عبارتند از:

درک رفتار دینامیکی سیستم‌های جرم-فنر در شرایط مختلف.
تحلیل تنش، جابجایی و انرژی برای سیستم‌های مکانیکی واقعی.
ارائه ابزار تعاملی برای دانشجویان و مهندسین جهت مشاهده اثر تغییر پارامترها.
آماده‌سازی گزارش کامل علمی و عملی برای دفاع دانشگاهی.

۲. محدوده و ویژگی‌های پروژه

الف) شبیه‌سازی چند جرم و چند فنر

سیستم شامل چند جرم متصل به چند فنر و دیوار.
هر جرم دارای جرم، سرعت اولیه و جابجایی اولیه قابل تغییر.
هر فنر دارای ضریب الاستیسیته متفاوت.

ب) انیمیشن و رابط گرافیکی

نمایش حرکت واقعی جرم‌ها روی Canvas
نمایش فنرها به صورت خط یا تصویر گرافیکی
تغییر پارامترها با اسلایدر و ورودی‌های عددی

ج) نمودارها و تحلیل‌ها

نمودار جابجایی هر جرم بر حسب زمان.
نمودار سرعت و شتاب هر جرم.
نمودار انرژی سیستم شامل انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل فنر و انرژی کل.
امکان ذخیره نمودارها به صورت PNG یا PDF.

د) ذخیره داده‌ها و گزارش

خروجی داده‌ها به CSV برای تحلیل و گزارش.
ذخیره تمام پارامترهای شبیه‌سازی برای بازتولید نتایج.

ه) پیشرفته‌تر کردن پروژه

اضافه کردن نیروهای خارجی یا مقاومت هوا (Damping).
شبیه‌سازی سیستم‌های چند درجه آزادی.
استفاده از روش عددی Runge-Kutta برای دقت بالاتر.
نمایش موقعیت و انرژی جرم‌ها در لحظه واقعی برای تحلیل دقیق‌تر.

۳. معماریو طراحی نرم‌افزار

الف) کلاس‌ها و ماژول‌ها

Mass (جرم): خصوصیات x, v, m
Spring (فنر): خصوصیات k, mass1, mass2
System (سیستم مکانیکی): شامل تمام جرم‌ها و فنرها، محاسبه نیرو، شتاب و بروزرسانی موقعیت‌ها.
Simulation (شبیه‌سازی): الگوریتم عددی برای حل معادله حرکت.
GUI (رابط کاربری): نمایش انیمیشن، نمودارها و کنترل پارامترها.
Data (ذخیره داده‌ها): ذخیره نتایج، نمودارها و پارامترها.

ب) جریان داده‌ها

کاربر پارامترها را وارد می‌کند.
سیستم مکانیکی ساخته می‌شود.
شبیه‌سازی دینامیک اجرا می‌شود.
انیمیشن و نمودارها بروزرسانی می‌شوند.
داده‌ها ذخیره و گزارش آماده می‌شود.

۴. ابزارها و تکنولوژی‌های پیشنهادی

زبان برنامه‌نویسی: Python (سادگی و قدرت محاسباتی)
رابط کاربری: Tkinter (ساده) یا PyQt (پیشرفته‌تر)
محاسبات عددی: NumPy و SciPy
نمودار و انیمیشن: Matplotlib و Canvas
ذخیره داده‌ها: Pandas (CSV)
اضافه کردن ویژگی پیشرفته: OpenGL یا Pygame برای انیمیشن سه بعدی

۵. ارائه دانشگاهی پروژه نرم افزار مکانیک

گزارش پروژه پروژه نرم افزار مکانیک شامل :
- مقدمه و هدف پروژه نرم افزار مکانیک
- تئوری سیستم جرم-فنر و معادله حرکت پروژه نرم افزار مکانیک
- طراحی نرم‌افزار و دیاگرام‌ها پروژه نرم افزار مکانیک
- نتایج شبیه‌سازی و نمودارها در پروژه نرم افزار مکانیک
- تحلیل انرژی و مقایسه نتایج با محاسبات تئوری در پروژه نرم افزار مکانیک
نمایش نرم‌افزار در پروژه نرم افزار مکانیک:
- ورودی پارامترها در پروژه نرم افزار مکانیک
- انیمیشن حرکت سیستم در پروژه نرم افزار مکانیک
- نمودارهای جابجایی، سرعت و انرژی در پروژه نرم افزار مکانیک
- ذخیره نتایج و نمودارها برای ارائه گزارش در پروژه نرم افزار مکانیک

پست های مرتبط

مطالب

20 مهر 1404

سیالات محاسباتی

سیالات محاسباتی 1. تعریف سیالات محاسباتی سیالات محاسباتی (CFD) شاخه‌ای از مهندسی و فیزیک محاسباتی…

مهندسی

11 مهر 1404

پروژه هوش مصنوعی

پروژه هوش مصنوعی چند دسته کلی پروژه هوش مصنوعی: 🟢 سطح مقدماتی در پروژه هوش…

طراحی

31 شهریور 1404

طراحی سازه های فلزی

طراحی سازه های فلزی 1. مفهوم و اهمیت سازه‌های فلزی شامل تیرها، ستون‌ها، قاب‌ها و…

مهندسی

28 شهریور 1404

مهندسی عمران

مهندسی عمران 1. تعریف رشته مهندسی عمران (Civil Engineering) یکی از شاخه‌های قدیمی و مهم…