(大四)有限单法的MATLAB编程计算(二) 引言:之前在QuYln:有限单法的MATLAB编程计算(一)中,写了平面杆系结构的有限分析以及MATLAB编程,ANSYS仿真,等。今天写一下平面梁单的有限分析过程。 看之前先看这一篇:QuYln:清华MOOC有限课程学习笔记(五) 参考:清华大学mooc课程(QuYln:固体力学相关视频公开课链接汇总) 一、局部坐标系下的建模: 1.局部坐标系下,单的节点描述: (1)参数化几何坐标:
; (2)节点位移列阵(平面梁单有四个自由度degree of freedom):
; (3)节点力列阵:
。 2.梁单上场变量的描述: (1)位移场: note:位移场的描述依据两个条件;唯一确定性以及从低阶到高阶。唯一确定性是指n个自由度就取n-1次多项式,由n个自由度来确定n个系数。
这样设的目的是因为仅有4个位移参数。 由节点的位移条件,确定多项式的系数,从而求得位移场。 这里为了用无量纲的形状函数矩阵和节点位移列阵相乘,故引入无量纲参数
。 (2)应变场: 有了位移场函数,通过几何关系,得到应变场的描述。 (3)应力场: 有了应变场,再通本构关系,得到应力场与应力矩阵。 3.最小势能原理的应用: 现在我们应用最小是能原理来求解,注意,内力势能和外力势能的系数不同,前者有1/2。 通过最小势能的一阶变分为0,得到单刚度方程。 二、MATLAB的编程实现: (1)需要定义的函数有,刚度函数,组装函数,应力函数,应变函数,挠度函数。 (2)单刚度矩阵函数: 局部坐标下的单刚度矩阵的导出由最小势能原理得到,只需要把单刚度矩阵所需要定义的参数输入即可,即E,I,L。
(3)整体刚度矩阵的计算: 有了局部坐标系下的单刚度矩阵,为了得到总体刚度矩阵,需要进行组装。组装时,根据局部系下的刚度矩阵的标号向总体刚度矩阵进行填充。
(4)几何矩阵的计算: 几何矩阵的计算根据以上求应变得到的矩阵直接赋值即可。
(5)应力矩阵的计算:
(6)挠度计算:
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