PoSMES — instrukcja użytkowania

1. Czym jest ten program

PoSMES liczy konstrukcje metodą elementów skończonych. Wczytuje model z pliku CAD albo buduje bryłę parametrycznie, dzieli go na siatkę, przyjmuje warunki brzegowe i rozwiązuje zadanie: statyczne, dynamiczne, cieplne, zmęczeniowe albo przetwórcze. Wynik pokazuje jako mapę na modelu, wykres i raport do dokumentacji.

Program działa w przeglądarce, ale nie jest usługą sieciową — patrz punkt następny. Nie ma w nim kroku budowania ani zależności zewnętrznych: to pliki PHP i JavaScript, które wystarczy skopiować na serwer albo uruchomić lokalnie.

2. Gdzie wykonywane są obliczenia

Co to znaczy w praktyce:

Potwierdzenie znajdziesz w samym programie: menu „O programie" → pozycja „Obliczenia". Pokazuje, czy zadanie liczy przeglądarka, czy agent lokalny — trzeciej możliwości nie ma.

3. Uruchomienie

Na serwerze

Skopiuj pliki na serwer z PHP 8.1 lub nowszym i prawem zapisu do katalogu data/. Baza domyślna to SQLite — nie wymaga niczego więcej. Pierwsze wejście na stronę zakłada strukturę bazy.

Lokalnie

php -S localhost:8000

Uruchomione w katalogu programu. Następnie http://localhost:8000 w przeglądarce.

Wymagania stacji roboczej

• przeglądarka z obsługą WebGL 2 i modułów ES (Chrome, Edge, Firefox w wersjach z ostatnich lat),
• pamięć: 8 GB wystarcza do zadań kilkudziesięciu tysięcy stopni swobody; powyżej stu tysięcy warto mieć 16 GB,
• Node.js 18+ — tylko jeżeli chcesz liczyć duże zadania agentem lokalnym.

4. Menu analizy i kreator

Przycisk „Analiza ▾" w pasku górnym obejmuje wszystko, co dotyczy analizy jako całości, a nie pojedynczego kroku.

Zapis obejmuje rodzaj analizy wraz z jej ustawieniami, geometrię parametryczną, materiał (z własną kartą, jeśli była), warunki brzegowe i nastawy siatki. Nie obejmuje geometrii z pliku CAD — ta potrafiłaby ważyć setki megabajtów, a leży u Ciebie na dysku. Projekt oparty na imporcie odtworzy więc wszystko poza samą bryłą i powie o tym wprost.

Kreator analizy

Katalog liczy czterdzieści jeden policzalnych pozycji i jest ułożony według metody: liniowe, nieliniowe, dynamika, cieplne. Tak myśli ten, kto pisał solver. Ten, kto ma zadanie do policzenia, myśli inaczej: czy to wytrzyma, czy nie zacznie drgać, na ile starczy. Kreator prowadzi od pytania inżynierskiego do analizy — najwyżej trzema pytaniami, bo tyle wystarcza.

Każda odpowiedź zawęża wybór według rzeczywistego kryterium: czy materiał zostaje sprężysty, czy wymuszenie jest znane, ile cykli przewidziano, jak połączone są części. Na końcu kreator podaje powód wyboru, ograniczenia analizy oraz listę warunków brzegowych, które trzeba będzie zadać — a dopiero przycisk „Ustaw analizę" cokolwiek zmienia.

5. Droga przez program

Wstążka etapów pod paskiem poleceń prowadzi przez sześć kroków. Kolejność nie jest przypadkowa: każdy krok korzysta z ustaleń poprzedniego.

6. Geometria

Trzy drogi:

• Import CAD — STEP (AP203/AP214/AP242), IGES, BREP, STL, OBJ. STEP z Inventora i SolidWorks niesie pełną hierarchię podzespołów, więc złożenie wczytuje się jako drzewo komponentów, które da się ukrywać i izolować.
• Bryła parametryczna — prostopadłościan, walec, płyta z otworem. Do sprawdzenia warunków brzegowych albo do zadań, w których geometria jest prosta.
• Płyta 2D — zadanie płaskie, kilkakrotnie tańsze od bryłowego.

7. Siatka

Panel siatki pokazuje raport jakości: najgorszy element, liczbę elementów wywróconych i werdykt. Element o współczynniku kształtu bliskim zera psuje wynik miejscowo i potrafi zepsuć zbieżność całego zadania.

8. Materiał

Biblioteka obejmuje stale, aluminium, stopy miedzi, tworzywa i materiały o właściwościach reologicznych. Lista jest zawężana do analizy: przy wtrysku pokazują się tworzywa z danymi przetwórczymi, przy pełzaniu — materiały z prawem Nortona.

Materiał własny dodaje się przyciskiem w panelu materiału. Poza modułem Younga, liczbą Poissona i gęstością można podać:

• granicę plastyczności — bez niej nie ma współczynnika bezpieczeństwa ani mapy zapasu,
• dane reologiczne — prawo Nortona (pełzanie) albo szereg Prony’ego (relaksacja),
• dane przetwórcze — lepkość zerowa η₀, naprężenie ścinające τ*, wykładnik n, temperatura masy i formy. Czyta je analiza wtrysku.

9. Warunki brzegowe

Warunek składa się ze wskazania na modelu i wartości. Tryb wyboru przełącza się nad widokiem i decyduje o tym, jak drobne może być wskazanie:

Pole „Ogranicz do promienia" zawęża wybór do zadanej odległości od klikniętego punktu — tak wycina się krążek na dużej ścianie zamiast całej płaszczyzny.

Mechaniczne

Cieplne, przepływowe i specjalne

Temperatura, strumień ciepła, przejmowanie ciepła, ciśnienie na wlocie i wylocie, trzpień śruby, obszar podmodelu, brzeg podstruktury, złącze sprężyste, śruba złącza. Każdy ma podpowiedź opisującą, co dokładnie robi i kiedy się go używa.

10. Wybór analizy

Katalog liczy 54 pozycje, z czego 41 jest policzalnych. Odznaka przy nazwie mówi, w jakim stanie jest analiza:

• gotowa — sprawdzona wobec rozwiązania zamkniętego lub benchmarku,
• beta — działa i jest sprawdzona, ale ma ograniczenia opisane w karcie analizy,
• wkrótce / w przygotowaniu — zapowiedź, nie da się jej uruchomić.

Pod nazwą analizy program pokazuje dokładność — wynik z zestawu weryfikacyjnego, na przykład „Siła krytyczna 0,8% wobec wzoru Eulera (TET10)". To nie jest deklaracja marketingowa, tylko liczba z testu, który da się uruchomić samodzielnie.

Co jest dostępne

W przygotowaniu pozostaje dziewięć analiz przepływowych, trzy dalsze fazy wtrysku (docisk i skurcz, paczenie, układ chłodzenia) oraz wibroakustyka.

Opcje analizy

Pod wyborem analizy pojawiają się jej własne ustawienia — tłumienie i pasmo częstości przy odpowiedzi harmonicznej, krok i liczba kroków przy przebiegu czasowym, zakres prędkości przy dynamice wirników, grubość ścianki i temperatura masy przy wtrysku. Wartości domyślne są rozsądne, ale rzadko są Twoje.

11. Czytanie wyników

Mapa na modelu

Lista pól wynikowych budowana jest z tego, co dana analiza naprawdę policzyła. Analiza modalna nie ma naprężeń, zadanie cieplne nie ma przemieszczeń, a materiał bez granicy plastyczności nie ma zapasu — pola, którego nie da się policzyć, nie ma na liście.

Widok wygładzony (domyślnie włączony) uśrednia wartość w węzłach i rozciąga po elemencie. Pole naprężeń w ciele ciągłym jest ciągłe, więc schodki na granicach elementów są artefaktem podziału. Wyłączenie wygładzenia pokazuje wartość surową — a rozmiar skoku między elementami jest miarą jakości siatki, więc warto tam czasem zajrzeć.

Legenda i skala

Legenda podaje zakres liczbowo, nie samym paskiem koloru. Nad nią stoi nazwa pola i jednostka, a przy polach, które nie są zwykłym przemieszczeniem — również zastrzeżenie. Przykład: odpowiedź harmoniczna pokazuje amplitudę drgań przy częstości o największej odpowiedzi, a spektrum odpowiedzi — obwiednię złożoną statystycznie, nie stan chwilowy.

Sonda — odczyt w wybranym punkcie

W kroku „Wyniki" kliknięcie modelu odczytuje wartość w tym miejscu. Mapa odpowiada na pytanie gdzie jest najgorzej, tabela ekstremów na ile tam wynosi — a sonda na pytanie zadawane przy odbiorze najczęściej: ile jest w tym konkretnym miejscu, w osi otworu, na krawędzi spoiny, w przekroju, o który pyta rysunek.

Odczyt podaje wartość, jednostkę i położenie. Pola węzłowe (przemieszczenie, temperatura, czas wypełnienia) czytane są z węzła najbliższego kliknięciu; pola elementowe (naprężenie, zapas, naprężenia główne) są z natury stałe na elemencie i tak są podpisane. Znacznik na modelu jest jeden — kolejne kliknięcie go przenosi.

Ekstrema i miejsca wytężone

Maksimum podawane jest wraz ze współrzędnymi — „214 MPa" bez miejsca w bryle jest bezużyteczne. Poniżej stoi tabela pięciu najbardziej wytężonych elementów: mapa mówi gdzie, a tabela o ile, i to ona rozstrzyga, czy wystarczy zmienić promień, czy trzeba ruszyć przekrój.

12. Wykresy i animacje

Wykres

Analizy, których wynikiem jest przebieg, a nie rozkład po bryle, dostają wykres nad panelem wyników. Wykres trafia też do raportu HTML.

Animacja

Przycisk animacji dopasowuje się do rodzaju wyniku i mówi wprost, co pokazuje:

• Odtwórz przebieg — kolejne stany policzone przez solver, jeden po drugim. Dotyczy przebiegów czasowych i kroków obciążenia w zadaniach nieliniowych. Ruch jest interpolowany między klatkami, więc jest płynny niezależnie od tego, ile klatek zapisano.
• Animuj postać — drgania w wybranej postaci własnej.
• Animuj drgania — odpowiedź harmoniczna przy częstości najgorszej.
• Wypełnianie — postęp frontu tworzywa we wtrysku.
• Wyłączony — gdy wynik nie ma przebiegu do pokazania. Statyka ma jeden stan; drgania losowe i spektrum odpowiedzi mają obwiednię statystyczną, czyli stan, w którym konstrukcja nigdy się nie znajduje.

13. Zastrzeżenia solvera

Po obliczeniach program potrafi zgłosić uwagi do wyniku. Dotyczą one doboru modelu, kroku albo zakresu — czyli rzeczy, których z samych liczb nie widać. Warto je czytać: każde z nich powstało dlatego, że bez niego wynik wyglądał na bezwarunkowy, a nie był.

Kontrola równowagi wykonywana jest zawsze: suma sił zewnętrznych i reakcji musi dać zero. Błąd większy od promila oznacza zwykle pomyłkę w warunkach brzegowych, a nie niedokładność solvera.

14. Raport

Trzy przyciski na dole panelu wyników:

• Raport HTML — samodzielny plik: styl w środku, obraz wbudowany, zero odwołań na zewnątrz. Zawiera dane wejściowe, użyte wzory, wyniki, wykres, kontrolę równowagi, zastrzeżenia solvera i wprost wypisane ograniczenia metody. Można go wysłać pocztą, otworzyć bez internetu i wydrukować do PDF-a przeglądarką.
• Raport tekstowy — to samo bez oprawy, do wklejenia w dokumentację.
• Zadanie do policzenia lokalnie — plik JSON dla agenta, patrz punkt następny.

15. Zadania duże i agent lokalny

Przeglądarka radzi sobie z zadaniami do kilkudziesięciu tysięcy stopni swobody. Powyżej stu tysięcy rozkład bezpośredni przestaje mieścić się w jej pamięci i solver przechodzi na gradienty sprzężone — poprawnie, ale znacznie wolniej. Zadanie własne przy takiej wielkości potrafi liczyć się kwadransami i program mówi o tym w trakcie, podając zmierzone oszacowanie czasu, a nie ogólnik.

Dla takich zadań jest agent lokalny — ten sam solver uruchamiany przez Node.js na tej samej stacji roboczej, bez ograniczeń pamięci przeglądarki. Zdejmuje też jedyną realną wadę liczenia w karcie: zamrożenie interfejsu na czas faktoryzacji.

Agent w tle

node silnik/lokalnie/agent.js
node silnik/lokalnie/agent.js --port 7654 --rownolegle 4

Program wykrywa go sam i przełącza się na niego; gdy agent nie działa, liczy u siebie bez pytania i bez błędu. Przełącznik ręczny jest w panelu Analiza → Gdzie liczyć. Agent nasłuchuje wyłącznie na 127.0.0.1, nie czyta plików z dysku i nie ma dostępu do bazy — jedynym wejściem jest definicja zadania w treści zapytania.

Liczenie wsadowe

node silnik/lokalnie/policz.js zadanie.json --podsumowanie
node silnik/lokalnie/policz.js zadanie.json -o wynik.json

Plik zadanie.json zapisuje przycisk „Zapisz zadanie do policzenia lokalnie". Ten sam plik przyjmuje agent i wiersz poleceń, więc wariant policzony w nocy skryptem jest dokładnie tym zadaniem, które widać na ekranie.

16. Skąd wiadomo, że liczy dobrze

W pakiecie jest zestaw weryfikacyjny: 339 testów porównujących wyniki z rozwiązaniami zamkniętymi, benchmarkami i klasycznymi zadaniami nieliniowymi. Uruchamia się go poleceniem:

node silnik/verify/run.js

Odniesieniem są wzory, a nie inny solver: ugięcie wspornika wobec belki Timoszenki, siła krytyczna wobec Eulera, wzmocnienie rezonansowe wobec 1/(2ζ), wartość skuteczna wobec wzoru Milesa, prędkość krytyczna wirnika wobec Ω_kr = ω₀, naprężenie odśrodkowe wobec ρΩ²AL²/2, całka prawa Parisa wobec rozwiązania zamkniętego.

Zestaw jest częścią pakietu celowo. Solver, którego nie da się sprawdzić na własnym sprzęcie, jest przy odbiorze i audycie bezwartościowy — pytanie „skąd wiadomo, że to liczy poprawnie" pada zawsze.

17. Kiedy coś nie wychodzi