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应变和位移关系的几何矩阵——有限元分析讲义

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简介:
本讲义详细探讨了在有限元分析中,结构力学中的应变与位移之间的几何关系,并介绍了用于描述这种关系的几何矩阵的重要性及其应用。 在轴对称问题中,表示应变与位移关系的几何方程与弹性力学平面问题相似,不同之处在于:单元内一点沿径向产生的位移u会在圆周方向引起相应的应变。假设一个半径为r的圆环,其周长是2πr,在各点都沿着各自的径向产生相同的位移u后,该圆环的周长会变为原来的(2πr + 2πur)。因此,在圆周方向上的线性应变可以表示为u/r。

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    本讲义详细探讨了在有限元分析中,结构力学中的应变与位移之间的几何关系,并介绍了用于描述这种关系的几何矩阵的重要性及其应用。 在轴对称问题中,表示应变与位移关系的几何方程与弹性力学平面问题相似,不同之处在于:单元内一点沿径向产生的位移u会在圆周方向引起相应的应变。假设一个半径为r的圆环,其周长是2πr,在各点都沿着各自的径向产生相同的位移u后,该圆环的周长会变为原来的(2πr + 2πur)。因此,在圆周方向上的线性应变可以表示为u/r。
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    本研究运用MATLAB软件构建矩形有限元模型,专注于矩形板在受力情况下的位移、应力及应变分析,采用有限元法进行深入探讨。 矩形板有限元MATLAB程序用于计算节点位移、节点应力和应变。
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    本资源提供了一套基于MATLAB编写的有限元分析程序,包括求解结构的整体刚度矩阵、单元刚度矩阵以及单元节点上的应力和应变。适用于工程力学中的数值模拟与教学研究。 版本:MATLAB 2014/2019a,包含运行结果。 领域:智能优化算法、神经网络预测、信号处理、元胞自动机、图像处理、路径规划以及无人机等多种领域的MATLAB仿真。 内容:标题所示的内容介绍可以通过点击主页搜索博客来查看。 适合人群:本科生和研究生等教研学习使用 博主简介:热爱科研的MATLAB仿真开发者,致力于技术与个人修养同步提升。如有合作需求,请私信联系。
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    本讲义专注于讲解有限元分析中的单元和节点编号方法,详细介绍其重要性、规则及应用技巧。适合工程学专业学生和从业者参考学习。 7)单元和节点编号 当利用整体刚度矩阵的带状特征进行存储和求解方程组时,单元节点编号直接影响系统整体刚度矩阵的半带宽,也就是影响在计算机中存储信息的数量、计算时间和计算费用。因此,需要合理的节点编号来使带宽极小化。半带宽的计算公式为: 半带宽NB=(相邻节点号的最大差值+1)×节点自由度 由此,在进行网格节点编号时应尽量减小网格中相邻节点号的最大差值,这样才能确保半带宽最小。
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    本研究提出了一种基于几何非线性理论的壳结构有限元分析方法(GNLSFEA),旨在提高复杂壳体结构在大变形条件下的精确模拟能力,为工程设计提供有力支持。 GNLSFEA是指几何非线性壳有限元分析。
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  • 表示在初等换中
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    本项目提供了一套基于MATLAB实现的二维线性弹性断裂力学分析工具,采用XFEM方法,在矩阵位移法框架下模拟裂纹扩展过程。 XFEM_Fracture2D 是一个基于最小势能原理的 Matlab 程序,用于解决二维线性弹性固体中的任意多次裂纹扩展问题。程序采用扩展有限元方法离散化固体连续体,并将裂纹视为位移场中的不连续性处理。为此,该程序使用了强烈的不连续性和平方根奇异函数来描述每个裂缝尖端的富集。 对于确定随时间演变的裂纹扩展路径,XFEM_Fracture2D 提供了几种准则选择,包括经典的最大张应力标准、最小总能量标准和局部对称性原则。这些准则在离散的时间步长上隐式实现。 程序的主要特点如下: - **高效**:刚度矩阵、力向量以及富集跟踪的数据结构仅针对每个时间步骤中断裂拓扑的变化进行更新,大部分计算成本集中在方程组的求解而非后处理或组装和更新。 - **鲁棒性**:适用于具有交叉点的多次裂纹扩展问题。同时通过相互作用积分法(考虑了裂缝表面压力、残余应力等因素)稳健地计算出应力强度因子。 - 最小总能量准则与局部对称原理在时间上隐式实施,而能量释放率则基于刚度导数方程并通过代数微分而非势能的有限差分来获取。由于 Matlab 提供了快速且强大的直接求解器,因此程序运行速度较快。