Треугольные конечные элементы с нелинейной Лагранжевой аппроксимацией




Осесимметричный конечный элемент.

 

Вводим вектор неизвестных в элементе:

.

Вектор узловых неизвестных:

, .

Аппроксимацию неизвестных внутри элемента, как и для симплекс-элемента, выбираем в линейном виде.

, где

Матрица функций формы будет аналогична симплекс-элементу:

Исходя из геометрических соотношений для осесимеетричной задачи ТУ, имеем

, где матрица градиентов есть блочная матрица

, где каждый блок в свою очередь имеет вид

.

Запишем физические соотношения, то есть закон Гука для осесимметричной задачи

, где матрица упругих констант имеет вид

.

Из принципа возможных перемещений, как обычно, получаем

.

Здесь – якобиан, матрица перехода из декартовой системы в цилиндрическую. Переход из декартовой системы в цилиндрическую известен, то есть мы знаем, что

.

В данном случае аналитическое вычисление интегралов и практическая реализация на ЭВМ может приводить к вычислению со значительной погрешностью, потому что после интегрирования получаются выражения вида . Для конечных элементов, расположенных далеко от оси вращения и маленьких по размеру Вычислять интеграл надо численно. Проще всего и достаточно точно можно применить одноточечное интегрирование:

, где , .

, при измельчении сетки стремится к точному значению.

 

L -координаты.

L -координаты – система трёх естественных для треугольника относительных координат.

 

.

.

При деформации элемента -координаты не изменяются! По сути -координаты удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к функциям формы, то есть их можно использовать в качестве функций формы элемента: !

.

Для L -координат установлены следующие соотношения:

,

, где – дуга стороны элемента, а её длина!

В этом случае вектор постоянных массовых сил для симплекс-элемента, например, можно вычислить следующим образом:

.

В этот вектор будут входить интегралы вида:

.

Для постоянной распределённой по стороне нагрузки тоже можно записать подобные вычисления:

.

, где – расстояние между и узлами.

 

Треугольные конечные элементы с нелинейной Лагранжевой аппроксимацией

Такой конечный элемент называется квадратичным.

Такой конечный элемент называется кубическим.

Треугольник Паскаля: порядок аппроксимации на единицу меньше числа узлов на стороне треугольника.

Явный способ построения функций форм треугольных элементов

,

где – порядок аппроксимации; – функции L -координат , определяется из уравнений линий, которые проходят через все узлы за исключением -го узла, для которого определяется функция формы.

В знаменателе стоит значение функции в точке с координатами -го узла.

Если .

Пример: получим функции формы для кубического элемента.

; .

 

; .

.

Функции формы для кубического элемента:

;

; ; ; .

Таким образом, у таких конечных элементов первые производные от функции формы не постоянны, следует, напряжения и деформации изменяются в пределах конечного элемента, но несогласованны между конечными элементами.

«+» 1. требуется меньшее число нелинейных треугольников для получения той же точности, что и в симплекс-элементе.

2. возможно построение элементов с криволинейными границами.

«–» 1. так как больше узлов, значит больше координат.

2. более громоздки процедуры.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2022-05-15 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: