Plane Frame Analysis Using Python

 

Plane Frame for Analysis

Input Data from Textbook

#Plane Frame Analysis Program By Engr. I. Opoli

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

plt.style.use('seaborn')

np.set_printoptions(suppress=True,precision=3)

#Input Data

#Node coordinates

Node=np.array([[100,75],[0,75],[200,0]])

#Member connectivity

Conn=np.array([[1,0,10000,1000,10],[0,2,10000,1000,10]])

#Boundary condition

BC=np.array([[1,1,1,1],[2,1,1,1]])

#Joint loads

EJLD=np.array([[0,0,-10,-1000]])

#Member point loads

PLD=np.array([[1,-20,62.5,2]])

#Member UDLs

UDL=np.array([[0,-0.24,2]])

Input Data from Program

[[  1000.      0.      0.  -1000.      0.      0.]

 [     0.    120.   6000.      0.   -120.   6000.]

 [     0.   6000. 400000.      0.  -6000. 200000.]

 [ -1000.      0.      0.   1000.      0.      0.]

 [     0.   -120.  -6000.      0.    120.  -6000.]

 [     0.   6000. 200000.      0.  -6000. 400000.]]

Local Stiffness Matrix for Member 1

[[   800.        0.        0.     -800.        0.        0.  ]

 [     0.       61.44   3840.        0.      -61.44   3840.  ]

 [     0.     3840.   320000.        0.    -3840.   160000.  ]

 [  -800.        0.        0.      800.        0.        0.  ]

 [     0.      -61.44  -3840.        0.       61.44  -3840.  ]

 [     0.     3840.   160000.        0.    -3840.   320000.  ]]

Local Stiffness Matrix for Member 2

[[  1000.      0.      0.  -1000.      0.      0.]

 [     0.    120.   6000.      0.   -120.   6000.]

 [     0.   6000. 400000.      0.  -6000. 200000.]

 [ -1000.      0.      0.   1000.      0.      0.]

 [     0.   -120.  -6000.      0.    120.  -6000.]

 [     0.   6000. 200000.      0.  -6000. 400000.]]

Global Stiffness Matrix for Member 1

[[   534.118   -354.509   2304.      -534.118    354.509   2304.   ]

 [  -354.509    327.322   3072.       354.509   -327.322   3072.   ]

 [  2304.      3072.    320000.     -2304.     -3072.    160000.   ]

 [  -534.118    354.509  -2304.       534.118   -354.509  -2304.   ]

 [   354.509   -327.322  -3072.      -354.509    327.322  -3072.   ]

 [  2304.      3072.    160000.     -2304.     -3072.    320000.   ]]

Global Stiffness Matrix for Member 2

[[  1534.118   -354.509   2304.     -1000.         0.         0.  -534.118    354.509   2304.   ]

 [  -354.509    447.322  -2928.         0.      -120.     -6000.   354.509   -327.322   3072.   ]

 [  2304.     -2928.    720000.         0.      6000.    200000.  -2304.     -3072.    160000.   ]

 [ -1000.         0.         0.      1000.         0.         0.     0.         0.         0.   ]

 [     0.      -120.      6000.         0.       120.      6000.     0.         0.         0.   ]

 [     0.     -6000.    200000.         0.      6000.    400000.     0.         0.         0.   ]

 [  -534.118    354.509  -2304.         0.         0.         0.   534.118   -354.509  -2304.   ]

 [   354.509   -327.322  -3072.         0.         0.         0.  -354.509    327.322  -3072.   ]

 [  2304.      3072.    160000.         0.         0.         0. -2304.     -3072.    320000.   ]]

Global Stiffness Matrix for the Structure

[[-0.02 ]

 [-0.099]

 [-0.002]

 [ 0.   ]

 [ 0.   ]

 [ 0.   ]

 [ 0.   ]

 [ 0.   ]

 [ 0.   ]]

Computed Nodal deflection for the structure

[[  20.261]

 [  13.138]

 [ 436.648]

 [ -20.261]

 [  10.862]

 [-322.865]]

Computed Member End forced for member 1

[[  28.726]

 [  -4.533]

 [-677.135]

 [ -40.726]

 [  20.533]

 [-889.525]]

Computed Member End forced for member 2