mes tarcza calosc

background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan________________

61

Rys.1.

i

j

r

k

i

j

r

k

v

i

v

r

v

k

v

j

u

i

u

r

u

k

u

j

i

j

r

k

x

y

x

y

x

y

a

b

a/2

b/2

e

geometria elemenu w układzie

lokalnym

e

dodatnie zwroty przemieszczeń

węzłów elementu "e"

v

j

,

r

i

(e)

v

k

,

r

i

(e)

v

r

,

r

i

(e)

u

j

,

r

i

(e)

u

k

,

r

i

(e)

u

r

,

r

i

(e)

u

i

,

r

i

(e)

v

i

,

r

i

(e)

e

dodatnie zwroty sił węzłowych w

elemencie "e"

background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan________________

62

Przyjmujemy przybliżenie funkcji przemieszczeń w obszarze całego elementu w postaci:

y

x

y

x

y

x

u

+

+

+

=

4

3

2

1

)

,

(

α

α

α

α

y

x

y

x

y

x

v

+

+

+

=

4

3

2

1

)

,

(

β

β

β

β


Powyższe równania można zapisać

[ ]

(a)

[

]

{ }

α

y)

A(x,

U

=

=

=

4

3

2

1

4

3

2

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

β

β

β

β

α

α

α

α

y

x

y

x

y

x

y

x

)

y

,

x

(

v

)

y

,

x

(

u


Współczynniki

i

α

oraz

i

β

dobieramy tak aby w węzłach elementu wartości funkcji [U] były równe

przemieszczeniom tych węzłów

{ }

{

}

T

r

r

k

k

j

j

i

i

v

u

v

u

v

u

v

u

u

=


podstawiając współrzędne węzłów elementu w odpowiednim układzie współrzędnych otrzymamy:

{ }

[ ]

{ }

α

β

β

β

β

α

α

α

α

Φ

=

=

4

3

2

1

4

3

2

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

r

r

r

r

r

r

r

r

k

k

k

k

k

k

k

k

j

j

j

j

j

j

j

j

i

i

i

i

i

i

i

i

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

u



Rozwiązując powyższy układ równań otrzymamy:

{ }

[ ]

{ }

u

Φ

=

−1

α


Podstawiając otrzymane rozwiązanie do (a) otrzymamy:

[ ]

[

] [ ]

{ }

[ ]

{ }

u

N

u

y

x

A

y

x

v

y

x

u

U

=

Φ

=

=

−1

)

,

(

)

,

(

)

,

(



Macierz

[N]

można zapisać w postaci:

background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan________________

63

[ ]

=

=

r

k

j

i

r

k

j

i

r

r

k

k

j

j

i

i

n

n

n

n

n

n

n

n

n

n

n

n

n

n

n

n

N

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0


gdzie funkcje typu

nazywane funkcjami kształtu

można przedstawić w postaci:

l

n

)

2

1

(

)

2

1

(

4

1

b

y

a

x

n

i

=

,

)

2

1

(

)

2

1

(

4

1

b

y

a

x

n

j

+

=

,

)

2

1

(

)

2

1

(

4

1

b

y

a

x

n

k

+

=

,

)

2

1

(

)

2

1

(

4

1

b

y

a

x

n

r

+

+

=

,


Dla płaskiego zadania równania geometryczne można zapisać:

{ }

[ ]

[ ] [ ]

{ }

u

B

N

x

y

y

x

y

x

v

y

x

u

x

y

y

x

U

x

y

y

x

x

v

y

u

y

v

x

u

y

x

=

=

=

=

+

=

=

0

0

)

,

(

)

,

(

0

0

0

0

γ

ε

ε

ε

(1)

gdzie:

[ ]

=

x

n

y

n

x

n

y

n

x

n

y

n

x

n

y

n

y

n

y

n

y

n

y

n

x

n

x

n

x

n

x

n

B

r

r

k

k

j

j

i

i

r

k

j

i

r

k

j

i

0

0

0

0

0

0

0

0


Wykonując różniczkowanie oraz przyjmując dodatkowo oznaczenia:

)

2

1

(

2

1

b

y

a

a

=

)

2

1

(

2

1

a

x

b

b

=

)

2

1

(

2

1

a

x

b

c

+

=

)

2

1

(

2

1

b

y

a

d

+

=

macierz [B] możemy zapisać w postaci:


[ ]

=

d

c

d

b

a

c

a

b

c

b

c

b

d

d

a

a

B

0

0

0

0

0

0

0

0



W płaskim stanie naprężenia macierz sprężystości ma postać:

background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan________________

64

[ ]

=

2

1

0

0

0

1

0

1

)

1

(

2

ν

ν

ν

ν

E

D

a prawo Hooke’a:

{ }

[ ]

{ }

[ ] [ ]

{ }

u

B

D

D

=

=

ε

σ

(3)



Zgodnie z zasadą prac przygotowanych przy przygotowanych (wirtualnych) przemieszczeniach mamy:

PRACA SIŁ WEWNĘTRZNYCH NA WIRTUALNYCH PRZEMIESZCZENIACH = PRACY SIŁ ZEWNĘTRZNYCH NA TYCH

PRZEMIESZCZENIACH

czyli

z

w

L

L

=

Dowolne lecz zgodne z warunkami kinematycznymi układu przemieszczenie przygotowane (wirtualne)

{

wywołuje

w ustroju:

}

Uˆ

1) przemieszczenie dowolnego punktu elementu równe:

{ } [ ]

{ }

U

N

U

ˆ

~

=

(4)

2) odkształcenie w dowolnym punkcie elementu równe:

{ }

[ ]

{ }

U

B

ˆ

~

=

ε

(5)

Przyjmując teraz oznaczenia w postaci:

a) wektor sił masowych w elemencie w postaci

{ }

{

}

T

y

x

M

f

ρ

ρ

=

b) wektor obciążeń powierzchniowych rozłożonych na powierzchni o długości od punktu

α do punktu β i szerokości

równej grubości elementu t w postaci


{ }

{

}

T

y

x

S

p

p

f

β

α

β

α

=


c) wektor obciążeń skupionych przyłożonych w węzłach elementu w postaci:

{ }

{

}

T

r

y

r

x

k

y

k

x

j

y

j

x

i

y

i

x

P

P

P

P

P

P

P

P

P

f

=


Praca sił wewnętrznych na przygotowanych przemieszczeniach wynosi:

{ } { }

(

)

{ }

{ }

(

)

=

=

V

M

T

V

T

w

dV

f

U

dV

L

~

~

σ

ε


Pracę sił zewnętrznych na odpowiadających im przemieszczeniach wirtualnych obliczymy:

{ } { }

{ }

{ }

[

]

∑ ∫

=

+

=

λ

ω 1

~

ˆ

S

S

T

P

T

z

dS

f

U

f

U

L

Zatem mamy:

{ } { }

(

)

{ }

{ }

(

)

{ } { }

{ }

{ }

[

]

∑ ∫

=

+

=

λ

ω

σ

ε

1

~

ˆ

~

~

S

S

T

P

T

V

M

T

V

T

dS

f

U

f

U

dV

f

U

dV



równanie to można zapisać w postaci:

background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan________________

65

{ } { }

(

)

{ }

{ }

(

)

{ } { }

{ }

{ }

[

]

0

~

ˆ

~

~

1

=

∑ ∫

=

λ

ω

σ

ε

S

S

T

P

T

V

M

T

V

T

dS

f

U

f

U

dV

f

U

dV

(6)


podstawiając do równania (6) wyrażenia (5) (4) (2) (1) oraz uwzględniając, że wektor

{ }

Uˆ

przemieszczeń wirtualnych

jest niezależny od współrzędnych (można wynieść przed znak całki) otrzymamy:

{ }

[ ] [ ] [ ]

(

)

{ }

[ ]

{ }

(

)

{ }

[ ]

{ }

[

]

0

ˆ

1

=

∑ ∫

=

λ

ω

S

S

T

P

V

M

T

V

T

T

dS

f

N

f

dV

f

N

u

dV

B

D

B

U


Ponieważ równanie to jest spełnione dla każdego dowolnego (dopuszczalnego) wektora

przemieszczeń

wirtualnych prawdziwe jest również dla wektora jednostkowego, a więc i dla

{ }

Uˆ

{ }

Uˆ

=1

[ ] [ ] [ ]

(

)

{ }

[ ]

{ }

(

)

{ }

[ ]

{ }

[

]

0

1

=

∑ ∫

=

λ

ω

S

S

T

P

V

M

T

V

T

dS

f

N

f

dV

f

N

u

dV

B

D

B


Oznaczając teraz przez:

[

- macierz sztywności elementu

] [ ] [ ] [ ]

(

dV

B

D

B

K

V

T

=

)

{ }

[ ]

{ }

(

dV

f

N

F

V

M

T

M

=

)

- wektor sił węzłowych wywołanych obciążeniem masowym

{ }

- wektor sił węzłowych wywołanych obciążeniem powierzchniowym elementu

[ ]

{ }

[

]

∑ ∫

=

=

λ

ω 1 S

S

T

S

dS

f

N

F

{ } { }

P

P

f

F

=

- wektor sił węzłowych wynikających z obciążenia skupionego przyłożonego

w węzłach elementu,

gdzie:

1) wektor

sił węzłowych dla obciążeń masowych ma postać:

{ }

{

}

T

M

r

y

M

r

x

M

k

y

M

k

x

M

j

y

M

j

x

M

i

y

M

i

x

M

F

F

F

F

F

F

F

F

F

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

=

2) wektor

sił węzłowych dla obciążeń powierzchniowych ma postać:

{ }

{

}

T

S

r

y

S

r

x

S

k

y

S

k

x

S

j

y

S

j

x

S

i

y

S

i

x

S

F

F

F

F

F

F

F

F

F

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

=

3) wektor

sił węzłowych dla obciążeń skupionych w węzłach ma postać:


{ }

{

}

T

P

r

y

P

r

x

P

k

y

P

k

x

P

j

y

P

j

x

P

i

y

P

i

x

P

F

F

F

F

F

F

F

F

F

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

=

równanie (--)zapiszemy w postaci

[ ]

{ }

{ } { } { }

0

=

P

S

M

F

F

F

u

K


lub w postaci prostszej

[ ]

{ } { }

0

=

F

u

K

gdzie

{ }

{ } { } { }

P

S

M

F

F

F

F

+

+

=

jest wektorem sumarycznych sił węzłowych dla wszystkich obciążeń elementu o postaci:

{ }

{

}

T

r

y

r

x

k

y

k

x

j

y

j

x

i

y

i

x

F

F

F

F

F

F

F

F

F

=






Przyjmując teraz wymiary elementu według rysunku otrzymamy macierz sztywności elementu w postaci:

background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan________________

66

[ ]

[ ] [ ] [ ]

(

)

[ ] [ ] [ ]

(

)

∫ ∫

∫ ∫

− −

− −

=

=

1

1

1

1

2

2

2

2

)

(

4

η

ξ

d

d

B

D

B

h

b

a

dxdy

B

D

B

h

K

T

b

b

a

a

T

e

gdzie:

a

x

=

2

ξ

b

y

=

2

η


Po wykonaniu całkowania otrzymamy macierz sztywności elementu „e” w postaci:

Macierz sztywności

[k]

(e)

elementu prostokątnego nr

„e”

ma postać:

)

(

,

1

1

e

u

u

r

)

(

,

1

1

e

v

u

r

)

(

,

2

1

e

u

u

r

)

(

,

2

1

e

v

u

r

)

(

,

3

1

e

u

u

r

)

(

,

3

1

e

v

u

r

)

(

,

4

1

e

u

u

r

)

(

,

4

1

e

v

u

r

)

(

,

1

1

e

u

v

r

)

(

,

1

1

e

v

v

r

)

(

,

2

1

e

u

v

r

)

(

,

2

1

e

v

v

r

)

(

,

3

1

e

u

v

r

)

(

,

3

1

e

v

v

r

)

(

,

4

1

e

u

v

r

)

(

,

4

1

e

v

v

r

)

(

,

1

2

e

u

u

r

)

(

,

1

2

e

v

u

r

)

(

,

2

2

e

u

u

r

)

(

,

2

2

e

v

u

r

)

(

,

3

2

e

u

u

r

)

(

,

3

2

e

v

u

r

)

(

,

4

2

e

u

u

r

)

(

,

4

2

e

v

u

r

)

(

,

1

2

e

u

v

r

)

(

,

1

2

e

v

v

r

)

(

,

2

2

e

u

v

r

)

(

,

2

2

e

v

v

r

)

(

,

3

2

e

u

v

r

)

(

,

3

2

e

v

v

r

)

(

,

4

2

e

u

v

r

)

(

,

4

2

e

v

v

r

)

(

,

1

3

e

u

u

r

)

(

,

1

3

e

v

u

r

)

(

,

2

3

e

u

u

r

)

(

,

2

3

e

v

u

r

)

(

,

3

3

e

u

u

r

)

(

,

3

3

e

v

u

r

)

(

,

4

3

e

u

u

r

)

(

,

4

3

e

v

u

r

)

(

,

1

3

e

u

v

r

)

(

,

1

3

e

v

v

r

)

(

,

2

3

e

u

v

r

)

(

,

2

3

e

v

v

r

)

(

,

3

3

e

u

v

r

)

(

,

3

3

e

v

v

r

)

(

,

4

3

e

u

v

r

)

(

,

4

3

e

v

v

r

)

(

,

1

4

e

u

u

r

)

(

,

1

4

e

v

u

r

)

(

,

2

4

e

u

u

r

)

(

,

2

4

e

v

u

r

)

(

,

3

4

e

u

u

r

)

(

,

3

4

e

v

u

r

)

(

,

4

4

e

u

u

r

)

(

,

4

4

e

v

u

r

)

(

,

1

4

e

u

v

r

)

(

,

1

4

e

v

v

r

)

(

,

2

4

e

u

v

r

)

(

,

2

4

e

v

v

r

)

(

,

3

4

e

u

v

r

)

(

,

3

4

e

v

v

r

)

(

,

4

4

e

u

v

r

)

(

,

4

4

e

v

v

r


a przy oznaczeniach:

[

]

1

1

)

1

(

2

4

+

=

β

ν

β

α

a

)

1

(

2

3

1

ν

α

+

=

b

[

]

β

ν

β

α

+

=

)

1

(

2

4

1

1

c

[

]

1

1

)

1

(

4

+

=

β

ν

β

α

d

)

3

1

(

2

3

1

ν

α

=

e

[

]

β

ν

β

α

=

)

1

(

2

2

1

1

f

[

]

1

1

)

1

(

2

2

=

β

ν

β

α

g

[

]

1

1

)

1

(

2

=

β

ν

β

α

h

[

]

β

ν

β

α

+

=

)

1

(

4

1

1

i

[

]

β

ν

β

α

=

)

1

(

2

1

1

j

gdzie:

a

b

=

β

)

1

(

12

2

ν

α

=

h

E

Macierz sztywności

[k]

(e)

elementu prostokątnego nr

„e”

można zapisać w postaci:


background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan________________

67

a

1

b

1

c

1

d

1

e

1

a

1

symetria

-e

1

f

1

-b

1

c

1

g

1

-e

1

h

1

b

1

a

1

e

1

i

1

b

1

j

1

-b

1

c

1

h

1

-b

1

g

1

e

1

d

1

-e

1

a

1

-b

1

j

1

-e

1

i

1

e

1

f

1

b

1

c

1

Przyjmując podział tarczy na cztery elementy i numerując węzły i elementy jak na rys.2. wartości
elementów ,macierzy globalnej otrzymamy stosując składanie macierzy poszczególnych elementów
skończonych według schematu pokazanego na rys.3

podział tarczy i numeracja

elementów i węzłów w układzie

globalnym

Rys.2.

x

-

y

-

2

3

4

1

4

3

8

9

5

6

7

1

2

4

3

2

1

4

3

2

1

4

3

2

1

4

3

2

1

background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan________________

68

k

9,9

=

r

u

u

,

2

2

(

)

4

r

u

u

,

4

4

(

)

1

r

u

u

,

3

3

(

)

3

r

u

u

,

1

1

(

)

2

5

k

9,9

Rys.3.

4

3

2

1

4

3

2

1

4

3

2

1

4

3

2

4

3

2

1

4

3

2

1

4

3

2

1

4

3

2

1

1

3

4

2

1

u

5

=1

u

5

=1

r

u

u

,

2

2

(

)

4

r

u

u

,

1

1

(

)

2

r

u

u

,

3

3

(

)

3

r

u

u

,

4

4

(

)

1

2

3

4

1

4

3

8

9

5

6

7

1

2

obliczenie sumarycznej siły działającej na węzeł 5

czyli wartości ekementu k

9,9

macierzy sztywności

całego układu [K]

fragment ustroju z węzłem nr 5 po

jednostkowym jego przemieszczeniu w kierunku

poziomym

background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan________________

69

=

1

,

1

k

)

1

(

,

1

1

u

u

r

=

1

,

2

k

)

1

(

,

1

1

u

v

r

=

2

,

2

k

)

1

(

,

1

1

v

v

r

)

1

(

,

1

,

3

1

3

u

u

r

k

=

)

1

(

,

2

,

3

1

3

v

u

r

k

=

)

4

(

,

)

1

(

,

3

,

3

1

1

3

3

u

u

u

u

r

r

k

+

=

)

1

(

,

1

,

4

1

3

u

v

r

k

=

)

1

(

,

2

,

4

1

3

v

v

r

k

=

)

4

(

,

)

1

(

,

3

,

4

1

1

3

3

u

v

u

v

r

r

k

+

=

)

4

(

,

)

1

(

,

4

,

4

1

1

3

3

v

v

v

v

r

r

k

+

=

)

4

(

,

3

,

5

1

3

u

u

r

k

=

)

4

(

,

4

,

5

1

3

v

u

r

k

=

)

4

(

,

5

,

5

3

3

u

u

r

k

=

)

4

(

,

3

,

6

1

3

u

v

r

k

=

)

4

(

,

4

,

6

1

3

v

v

r

k

=

)

4

(

,

5

,

6

3

3

u

v

r

k

=

)

4

(

,

6

,

6

3

3

v

v

r

k

=

)

4

(

,

3

,

7

1

4

u

u

r

k

=

)

4

(

,

4

,

7

1

4

v

u

r

k

=

)

4

(

,

5

,

7

3

4

u

u

r

k

=

)

4

(

,

6

,

7

3

4

v

u

r

k

=

)

2

(

,

7

,

7

3

3

u

u

r

k

=

)

4

(

,

3

,

8

1

4

u

v

r

k

=

)

4

(

,

4

,

8

1

4

v

v

r

k

=

)

4

(

,

5

,

8

3

4

u

v

r

k

=

)

4

(

,

6

,

8

3

4

v

v

r

k

=

)

2

(

,

7

,

8

3

3

u

v

r

k

=

)

2

(

,

8

,

8

3

3

v

v

r

k

=

)

1

(

,

1

,

9

1

4

u

u

r

k

=

)

1

(

,

2

,

9

1

4

v

u

r

k

=

)

4

(

,

)

1

(

,

3

,

9

1

2

3

4

u

u

u

u

r

r

k

+

=

)

4

(

,

)

1

(

,

4

,

9

1

2

3

4

v

u

v

u

r

r

k

+

=

)

4

(

,

5

,

9

3

2

u

u

r

k

=

)

4

(

,

6

,

9

3

2

v

u

r

k

=

)

4

(

,

)

2

(

,

7

,

9

4

2

3

1

u

u

u

u

r

r

k

+

=

)

4

(

,

)

2

(

,

8

,

9

4

2

3

1

v

u

v

u

r

r

k

+

=

)

4

(

,

)

3

(

,

)

2

(

,

)

1

(

,

9

,

9

2

2

3

3

1

1

4

4

u

u

u

u

u

u

u

u

r

r

r

r

k

+

+

+

=


)

1

(

,

1

,

10

1

4

u

v

r

k

=

)

1

(

,

2

,

10

1

4

v

v

r

k

=

)

4

(

,

)

1

(

,

3

,

10

1

2

3

4

u

v

u

v

r

r

k

+

=

)

4

(

,

)

1

(

,

4

,

10

1

2

3

4

v

v

v

v

r

r

k

+

=

)

4

(

,

5

,

10

3

2

u

v

r

k

=

)

4

(

,

6

,

10

3

2

v

v

r

k

=

)

4

(

,

)

2

(

,

7

,

10

4

2

3

1

u

v

u

v

r

r

k

+

=

)

4

(

,

)

2

(

,

8

.

10

4

2

3

1

v

v

v

v

r

r

k

+

=

)

4

(

,

)

3

(

,

)

2

(

,

)

1

(

,

9

,

10

2

2

3

3

1

1

4

4

u

v

u

v

u

v

u

v

r

r

r

r

k

+

+

+

=

)

4

(

,

)

3

(

,

)

2

(

,

)

1

(

,

10

,

10

2

2

3

3

1

1

4

4

v

v

v

v

v

v

v

v

r

r

r

r

k

+

+

+

=


)

1

(

,

1

,

11

1

2

u

u

r

k

=

)

1

(

,

2

,

11

1

2

v

u

r

k

=

)

1

(

,

3

,

11

3

2

u

u

r

k

=

)

1

(

,

4

,

11

3

2

v

u

r

k

=

)

3

(

,

)

1

(

,

9

,

11

3

1

4

2

u

u

u

u

r

r

k

+

=

)

3

(

,

)

1

(

,

10

,

11

3

1

4

2

v

u

v

u

r

r

k

+

=

)

3

(

,

)

1

(

,

11

,

11

1

1

2

2

u

u

u

u

r

r

k

+

=

)

1

(

,

1

,

12

1

2

u

v

r

k

=

)

1

(

,

2

,

12

1

2

v

v

r

k

=

)

1

(

,

3

,

12

3

2

u

v

r

k

=

)

1

(

,

4

,

12

3

2

v

v

r

k

=

)

3

(

,

)

1

(

,

9

,

12

3

1

4

2

u

v

u

v

r

r

k

+

=

)

3

(

,

)

1

(

,

10

,

12

3

1

4

2

v

v

v

v

r

r

k

+

=

)

3

(

,

)

1

(

,

11

,

12

1

1

2

2

u

v

u

v

r

r

k

+

=

)

3

(

,

)

1

(

,

12

,

12

1

1

2

2

v

v

v

v

r

r

k

+

=

)

3

(

,

9

,

13

3

2

u

u

r

k

=

)

3

(

,

10

,

13

3

2

v

u

r

k

=

)

3

(

,

11

,

13

1

2

u

u

r

k

=

)

3

(

,

12

,

13

1

2

v

u

r

k

=

)

3

(

,

13

,

13

2

2

u

u

r

k

=

)

3

(

,

9

,

14

3

2

u

v

r

k

=

)

3

(

,

10

,

14

3

2

v

v

r

k

=

)

3

(

,

11

,

14

1

2

u

v

r

k

=

)

3

(

,

12

,

14

1

2

v

v

r

k

=

)

3

(

,

13

,

14

2

2

u

v

r

k

=

)

3

(

,

14

,

14

2

2

v

v

r

k

=

)

2

(

,

7

,

15

3

2

u

u

r

k

=

)

2

(

,

8

,

15

3

2

v

u

r

k

=

)

3

(

,

)

2

(

,

9

,

15

3

4

1

2

u

u

u

u

r

r

k

+

=

)

3

(

,

)

2

(

,

10

,

15

3

4

1

2

v

u

v

u

r

r

k

+

=

)

3

(

,

11

,

15

1

4

u

u

r

k

=

)

3

(

,

12

,

15

1

4

v

u

r

k

=

)

3

(

,

13

,

15

2

4

u

u

r

k

=

)

3

(

,

14

,

15

2

4

v

u

r

k

=

)

3

(

,

)

2

(

,

15

,

15

4

4

2

2

u

u

u

u

r

r

k

+

=

)

2

(

,

7

,

16

3

2

u

v

r

k

=

)

2

(

,

8

,

16

3

2

v

v

r

k

=

)

3

(

,

)

2

(

,

9

,

16

3

4

1

2

u

v

u

v

r

r

k

+

=

)

3

(

,

)

2

(

,

10

,

16

3

4

1

2

v

v

v

v

r

r

k

+

=

)

3

(

,

11

,

16

1

4

u

v

r

k

=

)

3

(

,

12

,

16

1

4

v

v

r

k

=

)

3

(

,

13

,

16

2

4

u

v

r

k

=

)

3

(

,

14

,

16

2

4

v

v

r

k

=

)

3

(

,

)

2

(

,

15

,

16

4

4

2

2

u

v

u

v

r

r

k

+

=

background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan____________

70

)

3

(

,

)

2

(

,

16

,

16

4

4

2

2

v

v

v

v

r

r

k

+

=


)

2

(

,

7

,

17

3

4

u

u

r

k

=

)

2

(

,

8

,

17

3

4

v

u

r

k

=

)

2

(

,

9

,

17

1

4

u

u

r

k

=

)

2

(

,

10

,

17

1

4

v

u

r

k

=

)

2

(

,

15

,

17

2

4

u

u

r

k

=

)

2

(

,

16

,

17

2

4

v

u

r

k

=

)

2

(

,

17

,

17

4

4

u

u

r

k

=

)

2

(

,

7

,

18

3

4

u

v

r

k

=

)

2

(

,

8

,

18

3

4

v

v

r

k

=

)

2

(

,

9

,

18

1

4

u

v

r

k

=

)

2

(

,

10

,

18

1

4

v

v

r

k

=

)

2

(

,

15

,

18

2

4

u

v

r

k

=

)

2

(

,

16

,

18

2

4

v

v

r

k

=

)

2

(

,

17

,

18

4

4

u

v

r

k

=

)

2

(

,

18

,

18

4

4

v

v

r

k

=


background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan____________

71

Globalna macierz sztywności układu

[K]

1

,

1

k

1

,

2

k

2

,

2

k

1

,

3

k

2

,

3

k

3

,

3

k

1

,

4

k

2

,

4

k

3

,

4

k

4

,

4

k

0

0

3

,

5

k

4

,

5

k

5

,

5

k

0

0

3

,

6

k

4

,

6

k

5

,

6

k

6

,

6

k


SYMETRIA

0

0

3

,

7

k

4

,

7

k

5

,

7

k

6

,

7

k

7

,

7

k

0

0

3

,

8

k

4

,

8

k

5

,

8

k

6

,

8

k

7

,

8

k

8

,

8

k

1

,

9

k

2

,

9

k

3

,

9

k

4

,

9

k

5

,

9

k

6

,

9

k

7

,

9

k

8

,

9

k

9

,

9

k

1

,

10

k

2

,

10

k

3

,

10

k

4

,

10

k

5

,

10

k

6

,

10

k

7

,

10

k

8

,

10

k

9

,

10

k

10

,

10

k

1

,

11

k

2

,

11

k

3

,

11

k

4

,

11

k

0

0

0

0

9

,

11

k

10

,

11

k

11

,

11

k

1

,

12

k

2

,

12

k

3

,

12

k

4

,

12

k

0

0

0

0

9

,

12

k

10

,

12

k

11

,

12

k

12

,

12

k

0

0

0

0

0

0

0

0

9

,

13

k

10

,

13

k

11

,

13

k

12

,

13

k

13

,

13

k

0

0

0

0

0

0

0

0

9

,

14

k

10

,

14

k

11

,

14

k

12

,

14

k

13

,

14

k

14

,

14

k

0

0

0

0

0

0

7

,

15

k

8

,

15

k

9

,

15

k

10

,

15

k

11

,

15

k

12

,

15

k

13

,

15

k

14

,

15

k

15

,

15

k

0

0

0

0

0

0

7

,

16

k

8

,

16

k

9

,

16

k

10

,

16

k

11

,

16

k

12

,

16

k

13

,

16

k

14

,

16

k

15

,

16

k

16

,

16

k

0

0

0

0

0

0

7

,

17

k

8

,

17

k

9

,

17

k

10

,

17

k

0

0

0

0

15

,

17

k

16

,

17

k

17

,

17

k

0

0

0

0

0

0

7

,

18

k

8

,

18

k

9

,

18

k

10

,

18

k

0

0

0

0

15

,

18

k

16

,

18

k

17

,

18

k

18

,

18

k


background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan____________

72



Określanie sil węzłowych od obciążenia elementu

(wyrazów wolnych)


a) uwzględnienie sił masowych:



– przyjmijmy, że jedynymi siłami masowymi jest ciężar własny konstrukcji

γ. Wówczas wektor

obciążeń od sił masowych dla elementu „e” (rys.7.) ma postać:

{ }

{

}

{

}

T

T

y

x

M

f

γ

ρ

ρ

0

=

=

,


a wektor sił węzłowych spowodowanych tym obciążeniem przyjmie postać:

{ } {

}

[ ]

{ }

(

)

dV

N

V

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

=

=

=

M

T

T

M

r

y

M

r

x

M

k

y

M

k

x

M

j

y

M

j

x

M

i

y

M

i

x

M

f

F

F

F

F

F

F

F

F

F


Po podstawieniu postaci funkcji kształtu i wektora obciążeń oraz wykonaniu całkowania
otrzymamy:

{ }

⎪⎪

⎪⎪

=

=

=

=

∫ ∫

∫ ∫ ∫

− −

− − −

t

b

a

t

b

a

t

b

a

t

b

a

dxdy

n

n

n

n

t

dtdxdy

n

n

n

n

n

n

n

n

F

F

F

F

F

F

F

F

F

a

a

b

b

r

k

j

i

t

t

a

a

b

b

r

r

k

k

j

j

i

i

M

r

y

M

r

x

M

k

y

M

k

x

M

j

y

M

j

x

M

i

y

M

i

x

M

γ

γ

γ

γ

γ

γ

γ

γ

γ

4

1

0

4

1

0

4

1

0

4

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(












background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan____________

73




b) uwzględnienie sił powierzchniowych:


Przyjmijmy, że powierzchnia boczna elementu „e” (rys7) na odcinku j-r jest obciążona
równomiernie rozłożonym obciążeniem powierzchniowym o intensywności q

x

[kN/m

2

]

skierowanym zgodnie z osią „x” lokalnego układu współrzędnych.
Wówczas wektor obciążeń powierzchniowych przyjmie postać:

,

{ } {

}

=

=

0

x

T

r

j

y

r

j

x

S

q

p

p

f


a wektor sił węzłowych w elemencie spowodowanych tym obciążeniem przyjmie postać:

{ } {

}

[ ]

{ }

(

)

dS

f

N

F

F

F

F

F

F

F

F

F

S

S

T

T

S

r

y

S

r

x

S

k

y

S

k

x

S

j

y

S

j

x

S

i

y

S

i

x

S

=

=

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(


Po podstawieniu funkcji kształtu oraz wektora obciążeń i wykonaniu całkowania otrzymamy:

{ }

⎪⎪

⎪⎪

+

+

=

=

=

∫ ∫

− −

0

)

2

1

(

0

)

2

1

(

0

)

2

1

(

0

)

2

1

(

4

0

0

0

0

0

0

0

0

0

2

2

2

2

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

a

x

b

a

x

b

a

x

b

a

x

b

t

q

dtdy

q

n

n

n

n

n

n

n

n

F

F

F

F

F

F

F

F

F

x

t

t

b

b

x

r

r

k

k

j

j

i

i

S

r

y

S

r

x

S

k

y

S

k

x

S

j

y

S

j

x

S

i

y

S

i

x

S


Uwzględniając przy tym, że dla boku elementu j-r wartość x=+a/2 ostatecznie wektor sił
węzłowych spowodowanych obciążeniem powierzchniowym przyjmie postać:

{ }

=

=

0

2

0

0

0

2

0

0

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

x

x

S

r

y

S

r

x

S

k

y

S

k

x

S

j

y

S

j

x

S

i

y

S

i

x

S

q

b

t

q

b

t

F

F

F

F

F

F

F

F

F

background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan____________

74

y

x

y

x

-

-

x

-

y

-

podział tarczy i numeracja

elementów i węzłów w układzie

globalnym

x

-

y

-

obciążenie elementu

i

j

r

k

r

k

j

i

r

k

j

i

r

k

j

i

r

k

j

i

r

k

j

i

r

k

j

i

r

k

j

i

r

k

j

i

k

r

k

j

i

r

k

j

i

r

k

j

i

r

k

j

i

a

a/2

e

q [kN/m

2

b

b/2

podział tarczy i numeracja

elementów i węzłów w układzie

globalnym

2

3

4

1

4

3

8

9

5

6

7

1

2

Rys.4.

Rys.7

podział tarczy i numeracja

elementów i węzłów w układzie

globalnym

2

3

4

1

4

3

8

9

5

6

7

1

2

Rys.6.

δ

2

3

4

1

4

3

8

9

5

6

7

1

2

Rys.5.

background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan____________

75


Dla warunków podparcia tarczy pokazanych kolejno na rys.4, rys.5 i rys.6 macierz sztywności całej tarczy i wyrazy wolne układu równań przyjmą
postać:

Globalna macierz sztywności układu [K] po wprowadzeniu warunków brzegowych z rys. 4.

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0


SYMETRIA

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

7

,

7

k

0

0

0

0

0

0

7

,

8

k

8

,

8

k

0

0

0

0

0

0

7

,

9

k

8

,

9

k

9

,

9

k

0

0

0

0

0

0

7

,

10

k

8

,

10

k

9

,

10

k

10

,

10

k

0

0

0

0

0

0

0

0

9

,

11

k

10

,

11

k

11

,

11

k

0

0

0

0

0

0

0

0

9

,

12

k

10

,

12

k

11

,

12

k

12

,

12

k

0

0

0

0

0

0

0

0

9

,

13

k

10

,

13

k

11

,

13

k

12

,

13

k

13

,

13

k

0

0

0

0

0

0

0

0

9

,

14

k

10

,

14

k

11

,

14

k

12

,

14

k

13

,

14

k

14

,

14

k

0

0

0

0

0

0

7

,

15

k

8

,

15

k

9

,

15

k

10

,

15

k

11

,

15

k

12

,

15

k

13

,

15

k

14

,

15

k

15

,

15

k

0

0

0

0

0

0

7

,

16

k

8

,

16

k

9

,

16

k

10

,

16

k

11

,

16

k

12

,

16

k

13

,

16

k

14

,

16

k

15

,

16

k

16

,

16

k

0

0

0

0

0

0

7

,

17

k

8

,

17

k

9

,

17

k

10

,

17

k

0

0

0

0

15

,

17

k

16

,

17

k

17

,

17

k

0

0

0

0

0

0

7

,

18

k

8

,

18

k

9

,

18

k

10

,

18

k

0

0

0

0

15

,

18

k

16

,

18

k

17

,

18

k

18

,

18

k




background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan____________

76




Globalna macierz sztywności układu [K] po wprowadzeniu warunków brzegowych z rys. 5.

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

3

,

3

k

0

0

3

,

4

k

4

,

4

k

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0


SYMETRIA

0

0

0

0

0

0

0

3

,

7

k

4

,

7

k

0

0

7

,

7

k

0

0

3

,

8

k

4

,

8

k

0

0

7

,

8

k

8

,

8

k

0

0

3

,

9

k

4

,

9

k

0

0

7

,

9

k

8

,

9

k

9

,

9

k

0

0

3

,

10

k

4

,

10

k

0

0

7

,

10

k

8

,

10

k

9

,

10

k

10

,

10

k

0

0

3

,

11

k

4

,

11

k

0

0

0

0

9

,

11

k

10

,

11

k

11

,

11

k

0

0

3

,

12

k

4

,

12

k

0

0

0

0

9

,

12

k

10

,

12

k

11

,

12

k

12

,

12

k

0

0

0

0

0

0

0

0

9

,

13

k

10

,

13

k

11

,

13

k

12

,

13

k

13

,

13

k

0

0

0

0

0

0

0

0

9

,

14

k

10

,

14

k

11

,

14

k

12

,

14

k

13

,

14

k

k

14,14

+k

0

15

,

15

k

0

0

0

0

0

7

,

15

k

8

,

15

k

9

,

15

k

10

,

15

k

11

,

15

k

12

,

15

k

13

,

15

k

14

,

15

k

0

15

,

16

k

0

0

0

0

0

7

,

16

k

8

,

16

k

9

,

16

k

10

,

16

k

11

,

16

k

12

,

16

k

13

,

16

k

14

,

16

k

16

,

16

k

0

15

,

17

k

0

0

0

0

0

7

,

17

k

8

,

17

k

9

,

17

k

10

,

17

k

0

0

0

0

16

,

17

k

17

,

17

k

0

15

,

18

k

0

0

0

0

0

7

,

18

k

8

,

18

k

9

,

18

k

10

,

18

k

0

0

0

0

16

,

18

k

17

,

18

k

18

,

18

k

background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan____________

77

Globalna macierz sztywności układu [K] po wprowadzeniu warunków brzegowych z rys. 6.

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

3

,

3

k

0

0

0

3

,

4

k

4

,

4

k

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0


SYMETRIA

0

0

0

0

0

0

0

3

,

7

k

4

,

7

k

0

0

7

,

7

k

0

0

0

3

,

8

k

4

,

8

k

0

0

7

,

8

k

8

,

8

k

0

0

0

3

,

9

k

4

,

9

k

0

0

7

,

9

k

8

,

9

k

9

,

9

k

0

0

0

3

,

10

k

4

,

10

k

0

0

7

,

10

k

8

,

10

k

9

,

10

k

10

,

10

k

0

0

0

3

,

11

k

4

,

11

k

0

0

0

0

9

,

11

k

10

,

11

k

11

,

11

k

0

0

12

,

12

k

0

3

,

12

k

4

,

12

k

0

0

0

0

9

,

12

k

10

,

12

k

11

,

12

k

0

0

12

,

13

k

0

0

0

0

0

0

0

9

,

13

k

10

,

13

k

11

,

13

k

13

,

13

k

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

12

,

15

k

0

0

0

0

0

7

,

15

k

8

,

15

k

9

,

15

k

10

,

15

k

11

,

15

k

13

,

15

k

0

15

,

15

k

0

12

,

16

k

0

0

0

0

0

7

,

16

k

8

,

16

k

9

,

16

k

10

,

16

k

11

,

16

k

13

,

16

k

0

15

,

16

k

16

,

16

k

0

0

0

0

0

0

7

,

17

k

8

,

17

k

9

,

17

k

10

,

17

k

0

0

0

0

15

,

17

k

16

,

17

k

17

,

17

k

0

0

0

0

0

0

7

,

18

k

8

,

18

k

9

,

18

k

10

,

18

k

0

0

0

0

15

,

18

k

16

,

18

k

17

,

18

k

18

,

18

k



background image

Metoda Elementu Skończonego

Î

Fedorowicz Lidia, Fedorowicz Jan____________

78





Globalny wektor obciążeń układu {F} po wprowadzeniu warunków brzegowych z rys. 4.


{ }

{

}

T

9

y

9

x

8

y

8

x

7

y

7

x

6

y

6

x

5

y

5

x

4

y

4

x

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

0

0

0

0

0

0

F

=



Globalny wektor obciążeń układu {F} po wprowadzeniu warunków brzegowych z rys. 5.


{ }

{

}

T

9

y

9

x

8

y

8

x

7

y

7

x

6

y

6

x

5

y

5

x

4

y

4

x

2

y

2

x

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

0

0

F

F

0

0

F

=




Globalny wektor obciążeń układu {F} po wprowadzeniu warunków brzegowych z rys. 6.



{ }

{

}

T

9

y

9

x

16,14

8

y

15,14

8

x

13,14

7

x

12,14

6

y

11,14

6

x

10,14

5

y

9,14

5

x

4

y

4

x

2

y

2

x

F

F

k

δ

F

k

δ

F

δ

k

δ

F

k

δ

F

k

δ

F

k

δ

F

k

δ

F

F

F

0

0

F

F

0

0

F

=


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
mes tarcza 13 15
mes tarcza 12
mes tarcza 16 19
mes tarcza 1 11
Szkol Okres biura całość1
8 Właściwa Praca, moc, energia całość
Całościowa ocena geriatryczna
PrawoUpadłościoweINaprawcze Wykład zaoczne całość 2012
postepowanie administracyjne wyklady calosc

więcej podobnych podstron