构课程习,掌握杆系构计算。,,除桁架构简化杆系构计算,构连续,楼板、剪墙、坝及基础台,连续构,形计算?显,构识足计算,,需习限单元。
限单元概念追溯,柯朗(.)首提“单元”概念,义角形区域片连续函,采势研究圣维南扭转题。—,阿吉(..)构析矩阵论,版《量构析》,弹构量析研究。该构矩阵移典著。,纳(..)(..)采离散析飞构,飞构割角形矩形单元,单元单元移联系单元刚矩阵征,矩阵移思决弹题,随提刚集合限元整程组。,研究弹题论首提“限单元”称。
纪,,梅劳(..)、贝赛林(..)、琼(..)、卞璜、赫曼(..)、毕奥(..)、普(.)、董,各限元模型研究贡献。
限单元程建基础。,奥登(..)量衡,功热弹题限元析程组。查勃(..)李(..) 伽辽弹题限元。
单元类型言,限单元维杆单元、二维单元展维空单元、板壳单元、管单元,单元展单元。 ,欧托蒂(.)、艾(..)泽凯维奇(..)参单元展奠基础,计算精较提,适各复杂形状件。
限单元源构析,广泛各程业领域,决程普遍。限单元广泛固、流、传热、磁、、各领域,求杆、梁、板、壳、块各类单元弹(线非线)、黏弹弹塑题(包括静题),各类布题(流、温、磁稳态瞬态题),流管、、润滑、噪及固、流、温互题。随、计算计算技术展,限单元具坚论基础广泛效值计算具,济建设科技术展挥,步展完善。
限单元弹基程效,,习限单元,需习弹基础识。
弹研究弹素产、移布规律科。材料、构研究,弹研究非杆状构,即连续弹构,板、壳、块及挡土墙、堤坝、基构。研究抽模型,弹研究基假设。
弹研究完弹,谓完弹,指假设引形素消除,完恢复状残余形,称弹。,弹瞬形完取决瞬,历史。,形完符合胡律,即形引形系,线系。弹、、μ历史,随形化。材料,塑材料,未达屈服极限近似完弹;脆材料,未超例极限,近似完弹。
假设完弹连续,即整弹积组介质填,空隙。,弹各量未量,、形移连续,置坐标连续函示。函求需各阶导,足计算需。,切微粒组,严符合连续假。,统计均观,微粒及各微粒距离尺寸,,连续假设合,引显著误差。
假设完弹均匀,即整类型均匀材料组。,整具质,参(弹、、μ)置坐标,随置坐标化改。根据假设,研究取弹()研究,析整。际程构,例,混凝土砂、石、泥构,各材料完。,材料粒径尺寸,且均匀布,宏观义,均匀。
假设具质,弹质。,弹、、μ随化改,建坐标系研究、形移量。际,单晶各异,木材竹材各异,际程构件弹存差异。按照宏观统计观,弹析,各待。
凡符合述假设,均称弹。,需形状态形假。
谓形假设,指假设温化素,整移尺寸,,量转角。形假设,计算显著简化。例,建形衡微程,形尺寸替形尺寸,考虑形引尺寸置化;建程程,略、转角二幂二乘积项,系式线,弹程程简化线程求。形假设称线假设。假设,弹题转化线题,叠求。
,弹研究题弹形题,属线弹范畴。
弹研究超静构弹,需静、,建衡微程、程程。介绍程,需弹基概念。
类型,、集。
图. 集
集、。集矢量,黑。沿坐标轴、、,坐标轴投影,、、,称量。标量,负号坐标轴,反负。及量量纲--,单/,集示=++,
注:材区矢量标量,矢量黑,标量黑。、、示坐标单矢量,标示矩阵转置。
图. 集
()。指布,称积,、压、流压、触。各各。图.示,集程示,均集极限,即
()集。集指集,限单元效荷载计算集概念。
图. 义
素(、温化),各产互,邻另互,称。图.示,假弹,截-,弹,附近微积Δ合Δ。集义类似,Δ断缩,收拢,极限矢量截-,即
Δ标量,,Δ极限。截,沿坐标轴、、量,即=++。另,沿截-线及微,στ示,截切,切称剪,图.示。及量量纲--,单/。
,微,,凡提,必须指哪,该哪微。显,,微般。谓状态,指各微况。研究状态,研究强。
图. 六量
析,首析各角坐标量。取微六,图.示。六棱坐标轴,=,=,=。线沿坐标轴。凡线沿坐标轴,该称坐标;凡线沿坐标轴负,该称负坐标负。切。例,σ示线沿轴沿,τ示线沿轴沿切,τ示线沿轴沿切,余切类推。
,弹,负号规:凡坐标各,沿坐标轴;凡负坐标各,沿坐标轴负,反负。,图.各量均号。
,微量。量,根据系衡系,求该各微。,量完确状态。量矩阵形式,矩阵σ,
式(.),切存系。例,连六,线 ,线 矩轴,列矩衡程,
,列余似程,计算,
式(.)切互,即:互垂且垂该交线切互(,负号)。,切符号标调。,切量缩减切量,矩阵σ缩减列阵,
式:σ列阵量,×列量,列阵,求该微切。
,述量完确状态。
形指形状改。形状各角示,,形归改角改。
析某形状态,沿坐标轴、、取微线段、、,图.示。形,线段及角般改。单线段收缩,即单伸缩伸缩,称线,亦称;各线段角改量,弧示,称切,亦称剪。ε示,例,ε示线段,余类推;切γ示,例,γ示线段(即、)角改量,余类推。线伸,缩短负;切角减,角增负。切量纲量。
证,,ε、ε、ε、γ、γ、γ角坐标线段量,求该线段,求该线段角改量。量列阵量ε,即
列阵,列阵ε×列量。列阵,求该线段及该线段切。,述量完确形状态。
形程,各置移,称移。移矢量,移,、、坐标轴投影、、示,移量沿坐标轴,沿坐标轴负负。移及量量纲,单。移列量示,
般,弹量、量、量、量移量弹各,空置坐标函。
弹研究弹区域建衡微程、程程,建件移件,,件求述微程组,、移答。节介绍衡微程、程程及程矩阵示。
弹取,取微六,图.示。六棱坐标轴,=,=,=。微元微,各切示。
图. 六布
,轴投影轴,列投影轴衡程,即∑=,
式(.)除,化简
类似,轴、轴投影轴,列投影轴衡程,即∑=∑=。复述计算程,
注,τ=τ,τ=τ,τ=τ,式(.)~式(.),弹衡微程,
衡微程弹量衡系,称纳维叶()程。衡微程矩阵示
式:微算矩阵;σ述列阵,式(.);列阵,称量。
式(.)式(.)
式(.)
题,
,×矩阵,×矩阵,σ×列阵,×列阵。题,述矩阵元素缩减。衡微程及矩阵元素熟,。
图. 投影坐标微元
程角研究形系,涉及产形,程切连续介质适。微元=例,微元投影坐标,矩形微元,图.示。
设=,=。弹形,移′,′移沿坐标轴量, 移量。、坐标系及连续函泰勒展,移,
,伸及角减量
式(.)~式(.)即 系。
,述 坐标推广,类似系。整,掉复达式,弹移系,即程
程矩阵示
式:ε列阵,称量,式(.);移列阵,称移量,式(.)。
题,
式(.)称柯()程。
程建弹系程。弹形况,线系,即服广义胡律。广义胡律示形式,形式含程式,形式示,
式:压弹模量,简称弹模量;剪切弹模量,称切模量刚量模量;μ材料泊松,示材料单压,横轴值。
、、μ验测材料,足列系式:
式(.)式,σ+σ达式,式(.)式,σ,广义胡律二示形式,即示,
式:λ、梅()。
达式式(.),λ达式
程矩阵示
式:弹矩阵,称矩阵。
达式
题,厚薄板仅板板且沿厚化约束,板约束,σ=τ=τ=,剩量σ、σ、τ,弹矩阵
件指弹,足衡件。弹微元示,图.示。
图. 弹微元
剪互,式(.)
,列衡程,复述计算程,终件,
件矩阵示
题,列阵
移件指,弹移σ,移移,即
题,
静弹,弹产。虚移指虚移虚功虚虚功。虚移简述虚功虚功,即
式(.)称虚移程,虚移程价衡微程件。
虚移程矩阵示,
弹形产移,际移弹势取极值,称极势,即
式:Π弹势,移泛函。
弹势弹势,即
式:弹;势。
,构势矩阵示
根据弹唯,势极值即势值,极势称势。势价衡微程件。
限单元概念包括:①区域单元;②单元铰连;③荷载转化效荷载;④约束转换约束。限单元基析步骤包括离散化、单元析整析程。节弹题例,介绍限单元基概念析步骤。
程构连续弹,首连续弹割若干限区域单元,形离散构,图.图.示。
图.图.,划块,构轮廓角形拼,角形构构称离散构;限角形区域称限单元,简称单元;限单元构网状构称限元网。除角形单元,单元包括矩形单元、形单元具曲线单元,图.示。
图. 坝截离散构
图. 含基础坝截离散构
图. 题单元类型
单元单元交称,析,圆圈示,。限单元假铰,单元单元铰连整。连续构替析构,称构限单元计算模型。
题限单元计算模型若干单元铰连构,空题限单元计算模型若干空单元铰连构。空题单元包括单元、单元、六单元具曲六单元,图.示。
图. 空题单元类型
效荷载列阵,量标示该编号,二标示荷载。
弹缘约束需转化限单元计算模型缘约束,某移约束某移约束,该置铰支座链杆支座,图.及图.示。
整移列阵量标示该整编号。,连续弹布布,求移题,转化离散构仅效荷载,求各移题。,求限题转化求限题。求各移,需单元析整析。
单元析包括获单元刚矩阵、单元效荷载、转换矩阵转换矩阵。,求转换矩阵转换矩阵求移,移值转换矩阵转换矩阵,计算单元;求单元刚矩阵获单元整刚矩阵;求单元效荷载获整效荷载列阵,基础建整析支配程,支配程求移。,单元析求单元刚矩阵单元效荷载求整移列阵准备,单元析求转换矩阵转换矩阵计算单元单元准备。
假设限元网取角形单元,图.示,角形单元、、示,、、需按逆针顺序布置。
角形单元移量。移示,首采插值单元移移示,即
式:单元移列阵;形函矩阵。
,根据程,单元示
图. 单元析
式:转换矩阵。
根据程,单元示
式:弹矩阵;转换矩阵。
题,×矩阵,×矩阵。,求移,采式(.)转换矩阵求单元,采式(.)转换矩阵求单元。
角形单元限单元网取,角形单元,图.()示,称单元,示,
单元移示,
式(.)矩阵展形式,
式(.)式(.),单元刚矩阵,×矩阵,块矩阵,块矩阵×矩阵。例,单元刚矩阵块矩阵,块矩阵示角形单元刚贡献(贡献)。具,元素示单移,产。
析,限单元移基础,限单元计算移计算基础。单元移、移示计算,限单元计算键求单元移。限元计算模型,移整析计算获终。
图.()示,取角形单元,环绕该单元,各单元反。另,单元连,单元环绕,单元移置荷载,称效荷载,根据衡件,
式(.)示,荷载,建衡程,题,共建 程,采式(.),移示,式(.)衡程,移未量线程组,
式:整刚矩阵,称刚矩阵;整效荷载列阵,称效荷载列阵;整移列阵,称移列阵。
单元析获单元刚矩阵单元效荷载,整刚矩阵整效荷载列阵单元刚矩阵单元效荷载式组集。考虑移约束件,联求述线程组,移。移转换矩阵转换矩阵,各单元。
限单元计算插值基础。构造单元移模式、整限单元计算,需插值。节朗插值析推导,。节限单元计算基础识,需牢固掌握。
设=()量单值连续函,,,,…取值,,,…,图.示。插值()近似达式。该达式,,,…值值,,,…。该达式求函值()。,,,…称插值,称插值,插值()达式。()达式采项式示,称朗插值项式,称朗项式。
图. 插值插值计算
插值,即、、,()项式式,()线,
式(.)改,线插值计算式,
插值,即、、、、,()项式二式,()抛线,计算抛线插值式,
,插值插值式,
类推,插值朗插值项式,
式(.)展式形式,
朗插值函质,
式(.),= ,朗插值函取值;≠ ,,朗插值函值。式(.),插值插值计算朗插值函,。
例. ()观测据:()=,()=,()=,()=。 插值朗插值项式,试计算()值。
:
朗插值项式
()=-.+.-.+=-
般,线插值式计算精,采抛线插值式,计算精足够。除集区域,般况,必采抛线插值式插值式计算。
. 移列阵、列阵、列阵、列阵列阵。
. 衡微程程,推导证。
. 形式程。
. 空题弹矩阵。
. 根据程推导题题弹矩阵。
. 移件件达式。
. 限元计算模型需足件。
. 简述限单元析计算程。
. 单元析务哪?整析?
. 插值、插值插值插值项式计算式。