比真实的东西更好:在伯克利虚拟地震

由Bart艾森伯格,太平洋连接,软件设计杂志

教授格雷戈里fenves几乎选择了一个更好的位置来研究地震。他在威尼斯人官网的办公室,伯克利的校园坐落几乎海沃德断层,它运行在东边戴维斯大厅,在那里fenves是土木与环境工程系主任。从那里,海沃德片的权利,通过纪念体育场,其中,每年秋季,70000人群前来观看CAL足球。彼此相对,有一半的球场有望实现小幅加拿大蹒跚,而另一半的目标墨西哥。

fenves的研究兴趣是用计算机来预测各种设计的结构是如何将容纳在地震中有不同载体的力量。其中一些地震研究人员使用摇表,离心机,以及反应墙系统,fenves和他的研究生阶段的计算机上虚拟的地震。 “物理和软件仿真有所平行发展,”他说。软件模拟依赖于算法和数据模型,以及那种捣鼓已经加快了摩尔定律的年数。同时,物理模拟“是理解在现实世界中发生的事情在受控条件下非常重要的。我们用数据来验证和校准我们的软件模型。”

无论是物理的测试设备和软件分析包括由澳门威尼斯赌场进行的研究,有10年的项目由美国国家科学基金会资助的主要。同行的网站上提供了有关驱动器,控制器,以及用于重新创建地震条件磅的力多的细节,但涵盖范围广泛的消息是这样的:当涉及到设计结构的地震模拟更优选地将真实的东西。软件仿真涉及使用有限元分析,这也是采用虚拟产品压力testingthe样来分析,比如说,航空器设计的。这就是当他第一次创造了一句“有限元法”早在1959年“,他把它称为大学威尼斯人官网的射线深谷就是这么做的,因为这种技术把一个连续体具有简单的数学性质的分立元件,从而导致的理解较大的系统,” fenves说。研究人员在分析了自1970年代以来的地震结构设计中采用有限元分析软件,“但相比我们现在正在做的软件是令人难以置信的原油。FEA程序现在容纳大得多的车型,并提供更精确的结果。但是,即使推技术此外,至少需要两个要点:一个协调的软件开发工作与常用工具,以及谁也计划这两个非线性问题已经占据fenves在过去的10年左右的一些智能土木工程专业。

“我们希望在不具有不同版本的代码每个人建立在每个人的研究成果,” fenves说。 “当有人开发了一个模型或方程求解器或时间积分方案,我们希望有一个通用的软件框架,以确保他们都一起工作。”他当然是描述在开源开发模式中发现的方法。这似乎是旧闻,但在结构工程领域,这个想法是比较新的。并有很好的理由:开源运动是由谁想了很多软件开发,而工程师更喜欢他们的时间花在工程全职程序员创建。 “在Unix / Linux操作系统/ apache的世界里,人们在现代计算非常有文化,” fenves说。 “在结构工程,这不是通常的情况下,因为内核指令是结构体系的设计和行为。所以我们的目标在这里已经看是否开源可以推入一个技术领域,其重点不是计算,而是工程“。

在90年代中期,fenves的研究生开发了一款名为地震模拟开放系统的面向对象的开发框架。该框架是用C ++编写,用统一建模语言中建模,分析和结构可靠性的区域来定义一组可扩展的类。它是平台中立的,在Windows上运行的大部分,但也可以在Linux和MacOS。它包括FORTRAN包装,语言仍被广泛使用在民用工程师之间。该框架的创建者承认来自开源倡议他们自由“刷卡”的思想,反映了名的短版,哲学:OpenSEES的。

对于fenves的第二个挑战是找到足够的谁知道有关的计算采取部门之外的几个课程,了解面向对象设计,API和C ++的土木工程专业。套用美国海洋标语:fenves正在寻找一些优秀的程序员。通常情况下,其中约一半都来自美国,其中包括高桥义,现在在京都大学,谁维护OpenSEES的网站的日文版之外。

“这个问题通过很多科学的延伸,” fenves说。在大计算科学项目,软件人员和科学的人来自不同的星球,并且他们必须弄清楚如何一起工作。偶尔,有人进入现场与两个技能,这,25年后,介绍自己fenves。 “我喜欢工作在计算和结构engineeringto使两个一起之间的界限。”

fenves说,C ++是特别艰巨的学生,但仍然是软件设计的整体最佳选择。威尼斯人官网土木系,Matlab是首选的教学语言。 “这是一个功能强大的软件包由MathWorks公司放出来,一个解释设置了数学处理。解释使得一个伟大的教学语言,但它的速度太慢了大量的研究项目。” fenves认为该部门也应教学,因为它的面向对象的结构的java的。 “这与C ++相比,还算干净的语言,但其他人则认为它会变得混乱,对学生学习两种语言:MATLAB和Java”

OpenSEES的还采用了TCL,由前大学威尼斯人官网计算机科学教授创建了一个预Java脚本语言,约翰·斯特豪特,使工程师不必潜入C ++的复杂性他们的模型编程。 “TCL执行所有OpenSEES的构造函数。这是一个一流的编程语言,使用对象,列表,数据结构和控制结构,” fenves说。对于OpenSEES的,TCL也因此成为首选的研究小组的接口。有些学生也尝试用图形用户界面,但fenves说,这是真正的商业供应商的领域。 “GUI技术变化非常快,学生没有能力或时间跟上。”图形用户界面也很OS-specificmaking代码难以维护。他希望,长期的商业世界将通过增加一个图形用户界面,支持,文档和质量保证“包”的研究模型和算法。

出人意料的是,缺乏OpenSEES的具有预格式化的行和列表示的分析结果的常规输出文件。 fenves此前预期听到了很多关于投诉的(他没有),但辩称,输出文件不能很好地扩展到更大的车型。 “相反,我们利用记录的对象,这通常只是接口,一个MySQL数据库的。如果你正在晃动的东西,想知道的应变,你把录音机对象和查询数据。我们现在正在研究的另一个数据库仓库是一个国家的努力的一部分,记录该输出XML元数据。”

OpenSEES的现在已经足够长了fenves,以评估其影响。 “每年两次,我做指标”看,我们得到了多少点击率相比,商业网络一个谷歌。兴趣一直在增长。”

张贴在2006年10月