有限元分析第2章1節(jié)直梁的有限元分析.ppt
,李建宇天津科技大學(xué),有限元分析,FiniteElementAnalysis,內(nèi)容Chp.2有限元法的直接剛度法2.1直梁的有限元分析要求了解:單元、節(jié)點(diǎn)的概念理解:梁單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力、節(jié)點(diǎn)載荷的概念梁單元?jiǎng)偠染仃嚨母拍钫莆眨毫簡卧獎(jiǎng)偠染仃嚨慕⑥k法利用節(jié)點(diǎn)平衡組裝整體剛度作業(yè)超靜定懸臂梁的有限元分析,2,有限元分析2-1,上節(jié)回顧,有限元分析的基本思想,整體離散,標(biāo)準(zhǔn)單元分析,單元組裝,整體求解,復(fù)雜工程結(jié)構(gòu),復(fù)雜結(jié)構(gòu)離散化途經(jīng),上節(jié)回顧,直梁的離散化直梁的單元分析直梁的整體組裝,本節(jié)提要,一個(gè)例題:,已知E、I、Z、M,AB=BC=CD=L,IAC=2I,ICD=I,求:(1)A、D端約束反力;(2)C處的撓度和轉(zhuǎn)角。,一、直梁的有限元模型,劃分單元的原則(設(shè)置節(jié)點(diǎn)的原則)幾何形狀發(fā)生改變處外載荷規(guī)律發(fā)生改變處(含約束)邊界點(diǎn)計(jì)算關(guān)心的位置單元尺寸要均勻,二、單元分析,i,單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力向量:,二、單元分析,單元節(jié)點(diǎn)位移向量:,二、單元分析,力與變形的關(guān)系:由小變形、線彈性假設(shè),得,二、單元分析,二、單元分析,符號(hào)名稱:,:單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力向量:單元節(jié)點(diǎn)位移向量:單元?jiǎng)偠染仃?二、單元分析:剛度矩陣元素的力學(xué)含義,考察a11,a21,a31,a41的含義,令,a21,a31,a41?,二、單元分析:剛度矩陣元素的力學(xué)含義,a11a21a31a41的計(jì)算:,由材料力學(xué)知識(shí)對(duì)懸臂梁分析,可得,考察a12,a22,a32,a42的含義,令:,a22,a32,a42?,二、單元分析:剛度矩陣元素的力學(xué)含義,二、單元分析:剛度矩陣元素的力學(xué)含義,a12a22a32a42的計(jì)算:,由材料力學(xué)知識(shí)對(duì)懸臂梁分析,可得,二、單元分析,單元?jiǎng)偠染仃嚨木唧w表達(dá),對(duì)稱矩陣,二、單元分析,單元分析小結(jié):,單元分析的任務(wù):單元內(nèi)力用單元變形表達(dá),三、單元組裝,利用單元分析技術(shù),對(duì)各單元有:,單元1:,單元2:,三、單元組裝,位移協(xié)調(diào)條件:各單元共享節(jié)點(diǎn)位移相等,三、單元組裝,節(jié)點(diǎn)平衡條件:各節(jié)點(diǎn)滿足平衡條件,節(jié)點(diǎn)2,節(jié)點(diǎn)1平衡方程:,節(jié)點(diǎn)2平衡方程:,同理,可列出節(jié)點(diǎn)3、4平衡方程。,整體剛度方程,將節(jié)點(diǎn)1、2、3、4的平衡方程整合為一個(gè)矩陣方程,結(jié)構(gòu)整體剛度方程,其中,為整個(gè)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)載荷向量(外載、約束力),為整個(gè)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)位移向量,為結(jié)構(gòu)的整體剛度矩陣,也稱總剛度矩陣,對(duì)稱,稀疏,奇異,主對(duì)角元恒正,四、總體剛度方程的求解,力的邊界條件,位移邊界條件,四、總體剛度方程的求解,對(duì)稱,稀疏,非奇異,主對(duì)角元恒正,五、回代求解未知載荷求解,得解,將節(jié)點(diǎn)位移代入各節(jié)點(diǎn)平衡方程,求得未知外載荷。,節(jié)點(diǎn)位移向量,本節(jié)課小結(jié),有限元法求直梁基本過程,第一步,對(duì)直梁進(jìn)行離散化,劃分為有限個(gè)單元。第二步,對(duì)各結(jié)點(diǎn)和單元進(jìn)行編碼。第三步,進(jìn)行單元分析,形成單元?jiǎng)偠染仃?。第四步,進(jìn)行整體分析,形成整體剛度矩陣。第五步,引入邊界條件。邊界條件的引入可以使問題具有解的唯一性。第六步,求解方程組,計(jì)算結(jié)構(gòu)的整體結(jié)點(diǎn)位移。第七步,求單元內(nèi)力,未知外載荷。,作業(yè),2、已知E、I、Z、M,AB=BC=L,有限元法求:(1)A、B端約束反力;(2)C處的撓度和轉(zhuǎn)角。,1、自學(xué)教材P17,例2-1。,再見,