کاربرد متلب (Matlab) در مهندسی عمران
امروزه ضرورت استفاده از زبان‌های برنامه نویسی در کلیه علوم مهندسی، بر هیچ کس پوشیده نیست، اما قبل از شروع یادگیری یک زبان برنامه نویسی باید بدانیم هدف ما از یادگیری یک زبان برنامه نویسی چیست و این زبان قرار است چه نیازی از ما را رفع نماید تا مناسب‌ترین زبان برنامه نویسی برای خود را انتخاب نماییم.
از مشهورترین و پرطرفدارترین زبان‌های برنامه نویسی میتوان به MATLAB و C و C++ و PYTHON و … نام برد که در دنیای امروز بخش زیادی از پیشرفت تحقیقاتی و محاسباتی بشر را مدیون آنها هستیم اما در این مقاله قصد داریم که مشخصا درباره زبان برنامه نویسی متلب و کاربرد آن درحیطه مهندسی عمران صحبت کنیم.
تاریخچه زبان برنامه‌نویسی متلب (Matlab):
در اواخر دهه 1970 شخضی به نام کلیو مولر (Cleve Moler) رئیس دانشکده علوم کامپیوتر دانشگاه نیومکزیکو دست به خلق و توسعه متلب زد و هدف اولیه او از طراحی این برنامه دسترسی دانشجویانش به LINKPACK و EISPACK بدون نیاز به Fortran بود. این موضوع به سرعت در تمام دانشگاه‌ها گسترش یافت و علاقه‌مندان زیادی پیدا کرد.
اما تا آن موقع متلب هنوز وارد فاز تجاری نشده بود؛ تا اینکه درسال 1983 جک لیتل از دانشگاه استنفرد در طی دیدار با مولر به قابلیت‌های تجاری متلب پی برد و تصمیم به همکاری با مولر گرفت. آنها درسال 1984 شرکت MathWorks را تاسیس کردند و در همان سال متلب را منتشر کردند و درسال 2000 با بازنویسی متلب مجموعه کاملتری از کتابخانه برای آن فراهم شد.
کلیاتی درباره نرم‌افزار متلب (Matlab):
نام نرم‌افزار متلب (MATLAB) که خود مخفف matrix laboratory (به معنی آزمایشگاه ماتریس) است به خاطر رویکرد ماتریس محور برنامه است در حدی که به عنوان مثال در متلب اعداد منفرد خود به شکل یک ماتریس 1×1 ذخیره می‌شود یا مثلا تصاویر به شکل یک ماتریس سه بعدی در متلب ذخیره می‌شود که دو بعد آن مختصات پیکسل‌ها و بعد دیگر بیانگر رنگ پیکسل‌ها است.
متلب یک محیط برنامه‌نویسی در حوزهٔ ریاضیات و مهندسی است که بیشتر مناسب مهندسین می‌باشد چون محاسبات آن با استفاده از تقریب‌سازی‌ها و تخمین‌های ریاضیست؛ بنابراین در کارهای ریاضی کاربردی که اصل کار همان ساختن تقریب‌هاست، ممکن است زیاد مناسب نباشد.
کاربرد نرم‌افزار متلب (Matlab) در مهندسی عمران:
از کاربردهای نرم‌افزار متلب(Matlab) در علوم مهندسی (مهندسی عمران، مهندسی مکانیک، مهندسی برق و … ) میتوان به:
- محاسبات پیچیده ریاضی خصوصا حل ماتریس‌های با تعداد سطر و ستون زیاد که حل دستی آنها یا بسیار وقتگیر است یا گاها میتواند غیرممکن باشد.
- ترسیم نمودارها و دیاگرام‌های مختلف به شکل ستونی و منحنی و …
- حل معادلات دیفرانسیل و کاربردهای فراوان دیگر در حوزه مهندسی
حال اگر بخواهیم به کاربردهای این زبان برنامه نویسی مشخصا در حیطه مهندسی عمران به عنوان زیرشاخه‌ای از رشته‌های‌مهندسی بپردازیم میتوان گفت :
- از قابلیت محاسبات پیچیده ریاضی و حل ماتریس‌های این زبان میتوان در مباحث تحلیل سازه‌ها (تحلیل سازه‌ها به کمک المان محدود، محاسبه ماتریس سختی سازه و …) و همچنین کاربرد آن در محاسبه نیروی زلزله (مثل تحلیل طیفی و تحلیل تاریخچه زمانی) و البته در بحث دینامیک سازه‌ها برای تحلیلی لرزه‌ای سیستم‌های سازه‌ای به صورت تحلیلی و عددی استفاده کرد. گفتنی است که در سیستم‌های سازه‌ای یک درجه آزادی از روش های تحلیلی زمانی استفاده می‌کنیم که معادله بار دینامیکی خارجی به صورت تابع ساده نسبت به زمان باشد و از تحلیل عددی زمانی استفاده می‌کنیم که معادله باردینامیکی خارجی به صورت تابع ساده نسبت به زمان نباشد.
- از قابلیت ترسیم نمودارها و دیاگرام‌های متلب میتوان در ترسیم دیاگرام‌های خمش و برش المان‌های سازه‌ای استفاده کرد.
- همینطور کاربرد های متلب فقط در گرایش سازه و زلزله محدود نمی‌شود و کاربرد های فراوانی در گرایش‌های محیط‌زیست و آب و سازه‌های هیدرولیکی و… دارد و از دید کارشناسان این حوزه‌ها بسیار حائز اهمیت است.
آموزش نرم‌افزار تخصصی متلب – Matlab | دوره ویژه با قیمت دانشجویی
در ادامه از بزرگترین رقبای متلب میتوان به Mathematica و Maple و … اشاره کرد که میتوان به اختصار در مورد هرکدام توضیحاتی داد:
Maple : یک نرم‌افزار فوق پیشرفته ریاضی است که هم در ریاضیات و هم در مهندسی کاربرد دارد و به راحتی به محیط‌های برنامه‌نویسی دیگر مثل C یا C++ مرتبط می‌شود. برای حل تمرین و یا آموزش ریاضی و محاسبات میتوان به آن یادداشت و انیمیشن اضافه کرد.
Mathematica : یک نرم‌افزار جبریست که توابع مورد نیاز در ریاضی و علوم طبیعی را در اختیار استفاده کنندگان قرار می‌دهد.