工程有限元分析英文课件:Lagrange polynomials (拉格朗日多项式)

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工程有限元分析英文课件:Formulation of Isoparametric

工程有限元分析英文课件:Formulation of Isoparametric

0 0
1 j (1 i )
0 0
e
y ati j
v
(3.57)
x
v
1 4
Jij
1
0 0
1 j 1 i
0 0
(1 j ) 1 i
0 0
(1 j ) (1 i )
0 0
1 j (1 i
)
e
y ati j
with
T e
u1
v1
u2
v2
u3
v3
u4
v4
- the vector listing the element nodal point displacements8
1
B 2
B i
B
n
(3.42)
N
i
x
[B]i 0
Ni y
0
Ni y
Ni x
x
J
1
y
x y
J
x y
3
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
Inverse of Jacobian Operator at a Specific Point
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices 3.4 Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
for Plane Elasticity (平面弹性问题)
The interpolation of the element coordinates and element displacements using the same interpolation functions, which are defined in a natural coordinate system, is the basis of the isoparametric finite element formulation.

AUTODYN_Chapter 10_EulerLagrange 作用(流固耦合)课件

AUTODYN_Chapter 10_EulerLagrange 作用(流固耦合)课件

学习交流PPT
10
欧拉子循环
• 拉格朗日网格通常用于固体模型; • 高声速-时间步长小
• 欧拉网格通常用于流体的流动; • 低声速-时间步长大
• 因此,欧拉时间步长大于拉格朗日步长; • 不用子循环的话,将以拉格朗日的时间步长作为所有计算的时间步长(包括欧拉); • 太小的时间步长容易引起欧拉求解过多的耗散。 • 子循环用来优化拉格朗日和欧拉时间步长;拉格朗日网格用小时间步长更新计算;
Lagrange Concrete
Beam Reinforcements
学习交流PPT
19
全耦合- 地雷爆炸
• 空气爆炸
– 全耦合
• 破片碰撞
– 接触
• 侵蚀
– 余留的惯性
学习交流PPT
20
全耦合 – 爆炸侵彻 RPG
• RPG爆炸冲击波和破片对CFRP翼 箱的破坏
– 空气中爆炸采用冲击波求解器
– 为了流动约束有效时间,拉格朗日部分的厚度必须大于欧拉单元的尺寸 – 要达到最好的耦合效果,拉格朗日单元尺寸应该大于欧拉单元尺寸
• 推荐的比例为 2:1
学习交流PPT
3
多边形耦合-Polygon Coupling
• 仅适用于在2D欧拉
• 多边形(Polygon)就相当于给欧 拉施加的约束
– 不考虑摩擦
No Join
Exclude
Default Join 学习交流PPT
Custom Join 12
厚度壳

厚度壳
欧拉体积分数
变形壳
学习交流PPT
13
耦合类型: 刚性
• 使用拉格朗日或Fill Parts建立固定的刚性几何体
• 拉格朗日可以在AUTODYN中生成,也可以从外部导入 (比如从 Workbench)

理论力学拉格朗日方程PPT课件

理论力学拉格朗日方程PPT课件

Q* ]q
j
j
0
j 1
广义惯性力 记为Q*j
第22页/共73页
§7-2 拉格朗日方程
广义惯性力
Q*j
n i 1
(Fi*
ri q j
)
n
i 1
[(
m i
a i
)
r i
q
]
j
n
[(mi
i 1
dvi ) ri dt q j
]
因为
d dt
(mi vi
ri q j
)
(mi
dvi ) ri dt q j
对于这些函数进行一定的运算,就可了解系统的运动特性和获得系统的运 动方程,所以动力学普遍方程和拉格朗日方程式求解质点系复杂动力学问题的 普遍而有效的方法。
第3页/共73页
§7-1 动力学普遍方程
一、概述
动力学普遍方程是将达朗贝尔原理与虚位移原理相结合而得到的, 可以看成是达朗贝尔原理的解析表达形式。
Q*j
n i 1
[
d dt
(mi vi
ri q j
)
mi vi
d dt
( ri q j
)]
利用前面的二个拉格朗日变换式
v i
q
r i
q
j
j
vi d ( ri ) q j dt q j

Q*j
n
[
i 1
d dt
(mi vi
vi q j
) mivi
( vi q j
)]
d dt
n i 1
Qj
V q j
j (1, 2 , ..., k)
代入上式,注意到势能函数 V =V( q1 , q2 ,…, qk )与广义速度q j 无关

研究生数值分析(14)拉格朗日(Lagrange)插值多项式 共22页PPT资料

研究生数值分析(14)拉格朗日(Lagrange)插值多项式 共22页PPT资料
有 s in 5 0 0 L 2 (5 0 ) 1 6 2 3 (1 8 0 )3 2 0 5 1 0 0 .0 0 0 7 6 7
事实上,
s5 i0 n 0 L 1 (5 ) 0 0 .01 ; s 05 i0 1 n 0 L ~ 1 ( 0 5 ) 0 0 .005
因此做线性内插时取 x00.2,x10.3 相应地 y01 .2 2 1 4 ,y11 .3 4 9 9
由线性插值公式,得
L 1 (x ) 0 x .2 0 0 .3 .3 1 .2 2 1 4 0 x .3 0 0 .2 .2 1 .3 4 9 9
所得近似值为
e 0 . 2 8 5 L 1 ( 0 . 2 8 5 ) 0 0 . 2 . 2 8 5 0 0 . 3 . 3 1 . 2 2 1 4 0 0 . 2 . 3 8 5 0 . 0 2 . 2 1 . 3 4 9 9 1 . 3 3 0 6
由线性插值余项公式
所以
s in 5 0 0 L 1 ( 5 0 ) 1 2 2 3 ( 1 8 0 )2 2 0 5 0 .0 1 3 1 9 0
同理,由
s5 i 0 n L ~ 0 1 ( 5 ) 1 2 0 ( s) i1 n ( ) 2 ( 8 5 4 0 0 ) 5 5 ( 6 0 )3 0 0 0 6 0
插值多项式⑤称为拉格朗日插值多项式,记作 L n ( x )
当n=2时,由⑤式可得三点插值公式
L 2 ( x ) y 0 ( ( x x 0 x x 1 1 ) ) ( ( x x 0 x x 2 2 ) ) y 1 ( ( x x 1 x x 0 0 ) ) ( ( x x 1 x x 2 2 ) ) y 2 ( ( x x 2 x x 0 0 ) ) ( ( x x 2 x x 1 ) 1 ) 这是一个二次函数。用二次函数 L 2 ( x ) 近似

工程有限元分析英文课件:Shape Functions for 3D Elements

工程有限元分析英文课件:Shape Functions for 3D Elements

Ni
f1(i) (L1, L2 , L3, L4 ) f1(i) (L1i , L2i , L3i , L4i )
(5.8)
in which, f1(i) (L1, L2, L3, L4 ) denotes the left side of the equation for
one plane that pass through the remote nodes of node i, i.e.,
在右手坐标中,要使得右手螺旋在按照1-2-3的转向转动时是向4的方向前进。3
Volume CAonoardlyisnisatoefsT(Nhraeteu–r体aDl积iCm坐oe标onrs(d自ioin然naa坐lteP标sro))blems
To develop the shape functions for a tetrahedron element, we make
Analysis of Three – Dimensional Problems
Corresponding to node 1
f (1)
1
(
L1
,
L2 ,
L3, L4 )
L1
0
L1=0
Considering that L11 1, L21 L31 L41 0 , thus
Similarly
N1
8
AVnoalluysmiseoCf Tohorredein–aDteims ensional Problems
To get a2,b2, c2 and d2 we permute the indices(下标序列 改变) but must determine the proper sign(正确的符号) by

工程有限元分析英文课件:Lagrange polynomials (拉格朗日多项式)

工程有限元分析英文课件:Lagrange polynomials (拉格朗日多项式)

displacement functions are
u A1 A2 A3 A4 2 A5 A6 2 A7 2 A8 2 v B1 B2 B3 B4 2 B5 B6 2 B7 2 B8 2
This is not a Lagrange element
(3.17)
13
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
3
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
Table 3.2 Lagrange polynomials in dimensionless form
origin
0 1, 1 0, 2 1
L20 (
)
0
1 0
1
1 1
1 2
Shape Functions for Mid – Side Nodes (边中节点)
①Shape Functions for Mid -side Nodes
For midside nodes the construction is fairly straightforward and
using node 2 as an example we have
L10 ( )L10 ( )
1 4
(1 )(1)
at node j, j 1,i 1
and
Nj
L11( )L10 ()
1 4
(1 )(1)
at node k, k 1,i 1
and
Nk
L11( )L11( )
1 (1 )(1)
4
at node l, l 1,l 1

工程有限元分析英文课件:工程中的有限元法

工程有限元分析英文课件:工程中的有限元法
6
Introduction to Finite Element Method
One of the main reasons for the popularity of the FE method in
different fields of engineering is that once a well known commercial FEM software package(软件包)(such as ABAQUS, CATIA, ANSYS, NASTRAN and so on)is established, it can be
The finite element method was first developed in 1956 for the analysis of aircraft structures. Thereafter, within the past decades, the potentialities of the method for the solution of different types of applied science and engineering problems were recognized.
small, interconnected subregions
called finite elements ( 单 元 )
which are so small that the shape
Chinese Idiom: Practice makes progress. Review leads to deeper understanding.
How can we achieve “understanding”?
(1)based on knowledge (2)processed by thinking

有限元分析——_课件

有限元分析——_课件
John Swanson 博士创建,是目前世界CAE行业最大公 司。
1.2.2 ANSYS10.0 创新之处 1.2.3 ANSYS 10.0 使用环境
ANSYS及ANSYS/LS-DYNA程序可运行与PC机、 NT工作站、UNIX工作站及巨型计算机等各类计算机 及操作系统中,其数据文件在其所有的产品系列和工 作平台上均兼容。并与多种CAD软件共享数据。
2. ANSYS/Structural:通过利用其先进的非线性功能, 该模块可进行高目标的结构分析,具体包括:几何非 线性、材料非线性、单元非线性及屈曲分析。该模块 可以使用户精确模拟大型复杂结构的性能。
3. ANSYS/Linear plus:该模块是从ANSYS/Structural派 生出来的,一个线性结构分析选项,可用于线性的静 态、动态及屈曲分析,非线性分析仅包括间隙元和板/ 梁大变形分析。
4. ANSYS/Thermal:该模块同样是从ANSYS/Mechanical 中派生出来的,是一个可单独运行的热分析程序,可 用于稳态及瞬态热分析。
5. ANSYS/Flotran:该程序是个灵活的CFD软件,可求解 各种流体流动问题,具体包括:层流、紊流、可压缩 流及不可压缩流等。通过与ANSYS/Mechanical耦合, ANSYS/FLOTRAN 是 唯 一 一 个 具 有 设 计 优 化 能 力 的 CFD软件,并且能提供复杂的多物理场功能。
8. ANSYS/ED:该模块是一个功能完整的设计模拟程序, 它拥有ANSYS隐式产品的全部功能,只是解题规模受 到了限制(目前节点数1000)。该软件可独立运行, 是理想的培训教学软件。
9. ANSYS/LS-DYNA:该程序是一个显示求解软件,可 解决高度非线性结构动力问题。该程序可模拟板料成 形、碰撞分析、涉及大变形的冲击、非线性材料性能 以及多物体接触分析,它可以加入第一类软件包中运 行,也可以单独运行。

《拉格朗日插值》PPT课件

《拉格朗日插值》PPT课件

个互不相同的点处的函数值 y f (x ),i 0,1, ,,n 为求
i
i
y f (x的) 近似式,自然应当选 n 次多项式
Pn (x) a0 a1x a2x2 L an xn
使 P (x) 满足条件 n
Pn(xi ) yi , i 0, 1,L ,n
f (x)称为被插函数, pn ( x)称插值多项式,条件(3 3)称插值条件, x0,x1,L , xn称插值节点 o这种求函数近似式的方法称为插值法 o 几何上,其实质是用通过n 1个点( x1, y1)(i 0,1,L , n)的多项式曲 线y pn (x),当作曲线y f ( x)的近似曲线.如图所示 o
14
一次Lagrange插值多项式(2)
一次插值多项式
15
一次Lagrange插值多项式(3)
由直线两点式可知,通过A,B的直线方程为
它也可变形为
显然有:
16
一次Lagrange插值多项式(4)

l0 (x)

x x1 x0 x1
l1 ( x)

x x0 x1 x0
可以看出
L1 ( x)
(0 , 1 ) 使得 ( ) 0
28
N次插值多项式8
注:
通常不能确定 x , 而是估计 f (n1)( x) Mn1 , x(a,b)

M n1 (n 1)!
n i0
|
x

xi
|
作为误差估计上限。
当 f(x) 为任一个次数 n 的多项式时,f (n1)( x) 0 ,
L2 (x) 为插值函数。 用基函数的方法获得 L2 (x) L2 (x) y0l0 (x) y1l1(x) y2l2 (x)

《有限元分析概述》课件

《有限元分析概述》课件

PART 05
有限元分析的未来发展与 挑战
新技术与新方法的探索
人工智能与机器学

利用人工智能和机器学习技术, 自动构建有限元模型、优化求解 过程和提高分值算法和 求解技术,提高有限元分析的稳 定性和精度。
多物理场耦合
探索多物理场耦合的有限元分析 方法,以解决复杂工程问题中的 多物理场耦合问题。
边界条件的处理
在有限元分析中,边界条件的处理是重要的环节。边界条件通常通过在边界节点上施加约束或加载来实现,以模拟实际系统 的边界条件。
边界条件的处理方式需要根据具体问题进行分析和设定,以确保求解结果的准确性和可靠性。
求解与后处理
求解是有限元分析的核心步骤,涉及到建立方程组、求解方程组并得到离散化模型的结果。常用的求 解方法包括直接法、迭代法和优化算法等。
优化设计
03
根据计算结果,对结构进行优化设计,提高其性能或降低成本

PART 04
有限元分析的优缺点
有限元分析的优缺点
• 有限元分析(FEA)是一种数值 分析方法,用于解决各种工程问 题,如结构分析、热传导、流体 动力学等。它通过将复杂的物理 系统离散化为有限数量的简单单 元(或称为“有限元”)来模拟 系统的行为。这些单元通过节点 相互连接,形成一个离散化的模 型,可以用来预测系统的性能和 行为。
2023-2026
ONE
KEEP VIEW
有限元分析概述
REPORTING
CATALOGUE
目 录
• 有限元分析简介 • 有限元分析的基本原理 • 有限元分析的实现过程 • 有限元分析的优缺点 • 有限元分析的未来发展与挑战
PART 01
有限元分析简介
定义与背景

工程有限元分析英文课件:REVIEW

工程有限元分析英文课件:REVIEW

1 2
(1 )(1 2 )
9
Review
Corresponding to corner nodes:
N1
1 4
(1 )(1)
2 3
N5
1 3
N6
1 2
N7
N2
1 4
(1
)(1 )
1 3
N5
2 3
N6
N3
1 4
(1 )(1)
N4
1 4
(1
)(1)
1 2
N7
Thus, it is easy to show that
Such elements whose shape (or geometry) and field variables are
described by the same interpolation functions of the same order are
known as “isoparametric elements”.
N2
Nˆ 2
1 2
N4
L2
1
2L3
N3
Nˆ 3
1 2
N4
L3
1
2L2
and
4
Ni L1 L2 L3 L4 1
i 1
(0,1/2,1/2)
7
Review
Example 1: Construct the shape functions for the element shown in Fig.1
2
Review
For beam, plate and shell elements require that not only the displacements but also the slops must be continuous across the element boundaries.

拉格朗日ppt

拉格朗日ppt

即为系统的运动微分方程。
例6 如图,均质圆轮的质量为m1,半径为R,在 水平面上只滚动不滑动。杆长L质量为 m2与轮在圆心
17.2 A铰接,试求系统的运动微分方程。 解:以系统为研究对象, x
拉 系统具有两个自由度。取 x
格 和 为广义坐标。
朗 日
系统的动能为
T
1 2
(3 2
m1R
2
)(
x R
)
2
一、拉格朗日方程
设有n个知点组成的知点系,受完整的理想约束,
17.2 具有k个自由度,其位置可由k个广义坐标 q1, q2,, qk
来确定。则有
拉 格
d T T dt (q j ) q j Qj
( j 1,2,, k)


式中
T
n i 1
1 2mi
vi2为质点系的动能;
q j 是广义坐标对
方 时间的变化率,称为广义速度; Qj是对应广义坐标
R A
x L
2
C x
方 程
1 2
m2
x
2
L2 4
2
2
L 2
x
cos
1 2
(1 12
m2 L2
)
2
整理后得
T
3 4
m1x 2
1 2
m2 (x2
1 4
L2 2
Lx
cos )
1 24
m2L2 2
系统的广义力为 Qx 0
17.2
Q
W ()
m2g
L 2
cos(9
0
)
xm2g
L sin
2
代入拉格朗日方程
Q

拉格朗日、欧拉和任意拉格朗日-欧拉描述的有限元分析

拉格朗日、欧拉和任意拉格朗日-欧拉描述的有限元分析

暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集拉格朗日、欧拉和任意拉格朗日-欧拉描述的有限元分析孙江龙1杨文玉2 杨侠3(1 华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉 430074;2 华中科技大学机械科学与工程学院,武汉 430074;3 武汉工程大学机电工程学院,武汉 430073)摘要:对拉格朗日、欧拉和任意拉格朗日–欧拉三种描述方法进行了分析,为了便于理解给出了三种描述的参考构形和参考坐标系,在参考坐标系下根据物质导数的定义分别得到相应的速度和加速度,并进行比较,将三种描述方法的区别列于表中,清晰地阐述了三种描述之间的相互关系,并进行了有限元分析。

关键词:拉格朗日;欧拉;任意拉格朗日–欧拉;有限元法1 引言自由液面大晃动引起的强非线性往往给问题的求解造成很大困难,对大晃动问题进行数值模拟,要先解决描述方法的选择问题。

过去通常采用欧拉法[1-3]和拉格朗日法[4-5]来描述非定常自由面流体流动,它们有着各自的优势和局限性。

采用固定网格的欧拉描述,整个计算过程中计算网格始终保持初始状态,从而可以描述流体质点运动的急剧变化,如碎波等现象。

欧拉描述虽然可以有效地分析整个流场内部的运动,但很难精确跟踪流体的自由液面,即很难给出准确的自由面形状和位置。

在拉格朗日描述中,网格结点与流体质点在整个运动过程中始终保持重合,流体质点与网格结点之间不存在相对运动,因此很容易跟踪自由液面,适用于线性小晃动问题。

这不仅大大地简化了控制方程地求解,而且还能有效地跟踪流体质点的运动轨迹,准确地描述波动的自由液面。

但是,在涉及求解带自由面流体大幅运动时,此时的晃动已经具有很强的非线性特征,如果还采用拉格朗日描述,由于流体质点运动的急剧变化,将导致计算网格的扭曲,会面临网格奇异问题,从而使计算无法继续进行。

拉格朗日描述和欧拉描述虽有各自的优点,但也存在较大的缺陷,如果将它们有机地结合在一起,充分利用各自的优点并克服其缺点,则可以解决各自都难于解决的问题,任意拉格朗日–欧拉描述[6-7](ALE)方法就是基于该思路提出的。

工程有限元分析英文课件:Mesh Division (网格划分)

工程有限元分析英文课件:Mesh Division (网格划分)
4
General Procedure of Finite Element Method
In structure analysis, the nodal degrees of freedom called nodal - displacement parameters (节点位移参量), normally refer to the displacements at each node.
(xi , yi ), (x j , y j ) and (xm , ym ) . 10
General Procedure of Finite Element Method
( um, vm )
(ui, vi )
( u, v )
(uj , vj)
For a 2 - D triangular element, there are two
General Procedure of Finite Element Method
Substituting
the
nodal
coordinates
into
u 1 2x 3 y
v
4
5
x
6
y
one
after the other, we have
ui 1 2 xi 3 yi u j 1 2 x j 3 y j
(1)The continuum is divided into two- or three- dimensional (二维 或三维) finite elements, which are separated by straight or curved lines (直线或曲线) (two-dimensional) or by flat or curved surfaces (平面或曲面) (three-dimensional).

理论力学经典课件-第九章拉格朗日方程

理论力学经典课件-第九章拉格朗日方程

刚体的拉格朗日方程分析
总结词
刚体是一个理想化的物体,其形状和大小在 运动过程中保持不变。刚体的拉格朗日方程 可以用来描述刚体的运动规律。
详细描述
对于刚体,其拉格朗日函数 $L$ 通常由动 能 $T$ 和势能 $V$ 组成,即 $L = T - V$
。刚体的拉格朗日方程可以表示为 $frac{d}{dt}left(frac{partial T}{partial dot{q}}right) - frac{partial T}{partial q} = 0$,其中 $q$ 和 $dot{q}$ 分别是刚体的 广义坐标和速度。这个方程描述了刚体在受
哈密顿正则方程法
总结词
利用哈密顿原理和正则方程,求解系统的运动轨迹。
详细描述
哈密顿正则方程法是求解拉格朗日方程的一种常用方法。它基于哈密顿原理和正则方程,通过构建系统的哈密顿 函数,得到系统的正则方程,进而求解系统的运动轨迹。这种方法在处理多自由度系统、约束系统和非完整系统 时具有优势。
有限元方法
到外力作用下的运动规律。
相对论性粒子的拉格朗日方程分析
要点一
总结词
要点二
详细描述
相对论性粒子是指具有相对论效应的粒子,其拉格朗日方 程需要考虑相对论效应的影响。
相对论性粒子的拉格朗日方程需要考虑粒子的质量和能量 之间的关系,通常表示为 $frac{d}{dt}left(frac{partial L}{partial dot{q}}right) - frac{partial L}{partial q} = 0$ ,其中 $L$ 是相对论性粒子的拉格朗日函数。这个方程描 述了相对论性粒子在受到外力作用下的运动规律,需要考 虑相对论效应的影响。
在理论力学中,有限元方法可用于求解各种复杂的动力学问题和静态问题。

拉格朗日单元 有限元法-概述说明以及解释

拉格朗日单元 有限元法-概述说明以及解释

拉格朗日单元有限元法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述拉格朗日单元有限元法作为一种常用的数值计算方法,在工程领域具有广泛的应用。

它是一种基于拉格朗日乘子法的数学描述方法,通过将模型的变量表示为拉格朗日乘子和原始变量的组合,从而建立了一种有效的数值求解框架。

本文旨在介绍拉格朗日单元有限元法的基本原理和特点,以及其在工程领域的应用情况。

通过深入探讨其优势和发展方向,旨在为读者提供对该方法的全面了解,并为未来研究提供指导和启示。

1.2 文章结构本文将分为三个部分进行详细讨论和分析。

首先,在引言部分,将对拉格朗日单元有限元法进行简要概述,介绍文章的结构以及讨论的目的。

其次,在正文部分,将详细介绍拉格朗日单元有限元法的概念和原理,探讨其特点和优势,并阐述其在工程领域的应用情况。

最后,在结论部分,将总结拉格朗日单元有限元法的优势,展望其未来发展方向,并给出本文的最终结论。

通过这样的结构安排,读者将能够全面了解拉格朗日单元有限元法的重要性和应用价值,以及其在工程领域的广泛应用和发展前景。

1.3 目的本文旨在介绍拉格朗日单元有限元法在工程领域中的重要性和应用。

通过对拉格朗日单元的特点和优势进行分析,可以帮助读者更好地理解有限元法在工程分析中的作用。

同时,本文也会探讨拉格朗日单元有限元法未来的发展方向,为读者提供对该方法在工程领域中的应用前景有一个清晰的认识。

最终,通过本文的阐述,可以让读者对拉格朗日单元有限元法有一个全面而深入的了解,从而为工程实践中的问题解决提供参考和借鉴。

2.正文2.1 拉格朗日单元有限元法概述拉格朗日单元有限元法是一种常用的有限元分析方法,它基于拉格朗日插值函数构建单元形状函数,通过单元刚度矩阵和载荷向量的组装,可以得到整个结构的刚度矩阵和载荷向量,进而求解结构的位移场、应力场和应变场。

在拉格朗日单元有限元法中,每个有限元单元内部都包含有节点,节点的位移是有限元分析的主要求解量,位移场通过插值函数来描述,这些插值函数可以根据拉格朗日插值法进行构建。

拉格朗日方程ppt课件

拉格朗日方程ppt课件

学 为 的斜面上作纯滚动,如图。设轮重皆为P,对轮心的转动
普 惯量皆为J,连杆重量为Q,求连杆运动的加速度。
遍 方 程
解:以系统为研究对象,系统具 有理想约束,系统所受的主动力有它 们的重力。假想加上惯性力,如图。
MI
PI

a
QI

Q
MI
PI

P
P

其中
PI

Pa g
MI

J
a r
QI
广义坐标表示的质点的运动方程。
8
二、保守系统的拉格朗日方程
在上述条件下,如果质点系所受的主动力都是有势力, 1.2 就得到保守系统的拉格朗日方程
拉 格
d ( L ) L 0 (k 1,2,, N ) dt qk qk
朗 式中 L T 为V 质点系动能和势能之差,称为拉格朗日函数
学g
r2
普 s 0
遍 方
a

(2P Q)r 2 sin
(2P Q)r 2 2Jg
g

MI
PI

a
QI

Q
MI
PI

P
P

s

7
一、拉格朗日方程
设有n个知点组成的知点系,受完整的理想约束,具有N 1.2 个自由度,其 位置可由N个广义坐标
来确定。则有
拉 格
i 1
0

以上两式是由达朗伯原理和虚位移原理相结合而得到的
遍 结果,称为动力学普遍方程,也称达朗伯——拉格朗日方程
方 。动力学普遍方程可以叙述如下:在理想约束条件下,在任

一瞬时作用在质点系上所有的主动力和虚加的惯性力,在该 瞬时质点系所处位置的任何虚位移上的元功之和等于零。

《有限元分析及应用》PPT课件

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5
有限元法的孕育过程及诞生和发展
牛顿(Newton)
莱布尼茨(Leibniz G. W.)
6
大约在300年前,牛顿和莱布尼茨发明了积 分法,证明了该运算具有整体对局部的可加 性。虽然,积分运算与有限元技术对定义域 的划分是不同的,前者进行无限划分而后者 进行有限划分,但积分运算为实现有限元技 术准备好了一个理论基础。
u y
dy
vB
v
v y
dy
66
在小变形的前提下,∠A’P’A1很小,可以认 为,线段PA位移后的绝对伸长,可以用线段两 端点沿x轴的位移之差来表示,即:。
PA PA
uA
uP
u
u x
dx u
u x
dx
从而线段PA的正应变
x为:。 x
PA PA PA
u dx x
dx
u x
v
dy
同理线段PB的正应变
y
dy
zy
1 2
zy
z
dz
0
略去微量项,得 yz zy
MY 0 zx xz
MZ 0
xy yx
剪切力互等定律
53
二维问题:平衡微分方程
x yx X 0
x y xy y Y 0 x y
剪切力互等定律
xy yx
54
应力边界条件
四面微分体Mabc
55
效的力系所代替,只能产生局部应力的改变,而在离
这一面积稍远处,其影响可以忽略不计。
60
61
62
均匀分布载荷作用 下的平板,应力分 布是均匀的。
材料力学中的拉伸 应力计算公式就是 圣维南原理应用的 结论。
63
一对集中力F/2作 用点区域仍然有比 较大的应力梯度变 化,但是比等效力

理论力学—拉格朗日方程PPT

理论力学—拉格朗日方程PPT

取 x、 为其广义坐标。 O
F
2、计算系统的动能:
x
Fs
x
T
1 2
m1x2
1 2
m2vC2
1 2
JC2
1 2
(m1
m2 )x2
m2 Rx
3 4
m2 R 22
其中:
vC x R
JC
1 2
m2 R2
Qx
WF x
(F Fs )x x
F (m1 m2 )gf
3、计算广义力:
(2)令: δ x 0,δ 0
(1)令:δ x 0,δ 0
Q
WF
0
T
1 2
(m1
m2 )x2
m2 Rx
3 4
m2 R 22
4、应用拉格朗日方程
d T T
( ) dt x
x
Qx
T x
(m1
m2
)
x
m2
R
d dt
Tx
(m1
m2
)x
m2
R
Qx F (m1 m2 )gf Q 0
d dt
( T ) T
Q
T
首先,要判断约束性质是否完整、主动力是否有势, 决定采用哪一种形式的拉格朗日方程。
其次,要确定系统的自由度,选择合适的广义坐标。 按照所选择的广义坐标,写出系统的动能、势能或广 义力。 将动能或拉格朗日函数、广义力代入拉格朗日方程。
例题4
均质杆OA质量为m1、可以绕O端转动, 小齿轮A质量为m2,半径为r ,其上作用 力偶M。 求:该杆的运动方程。
C1 FI1
D
C2
m2 g
FI 2 e
Bx
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Lagrange Multiplier Function in dimensionless form
Lni ( )
n k 0
( (i
k ) k )
k i
( 0 )( 1) ( i1)( i1) ( n ) (i 0 )(i 1) (i i1)(i i1) (i n )
where i denotes the natural coordinate of node i.
Table 3.2 Lagrange polynomials in dimensionless form
-1
0 1, 1 1
origin
1
n=1
L10 ( )
1
1 1
1 2
(1 )
L11( )
(1)
1 (1)
1 2
(1 )
Lni
(
)
( 0 )( (i 0 )(i
1) 1)
( i1)( i1) ( n ) (i i1)(i i1) (i n )
7
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
3.3 Family of Isoparametric Elements(等参元族)
A whole family of two – dimensional isoparametric elements can be formulated but the quadratic element (二次单元) is considered to be the best. Elements of an order higher than three are not really practical since it is time consuming to generate stiffness matrices.
nm
f (,)
Lni ( )Lmj () fij
i0 j0
(3.14)
where n and m stand for the number of subdivisions in the
and directions respectively.
6
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
3
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
Table 3.2 Lagrange polynomials in dimensionless form
origin
0 1, 1 0, 2 1
L20 (
)
0
1 0
1
1 1
1 2
Table 3.2 Lagrange polynomials in dimensionless form
origin
0 1,
1
1 3
,
n=3
2
1 3
,
3 1
L30 (
)
1 3 1 1 3
1 3
11 3
1
1 1
1 16
(3
1)(3
1)(1
)
L13
(
)
1
1 3 1
1
1 3
3 1
3
1
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
3.2.2 Lagrange polynomials (拉格朗日多项式)
The Lagrange interpolation polynomial in a single coordinate system (-1≤ ≤1) with (n 1) nodes is
1
3
1
9 16
(1
2
)(1
3
)
L32
(
)
1 1 3 1
1 3 1 3 1 3
1
1 31
9 16
(1
2
)(1
3
)
L33 (
)
1 1 1
1 1 1
3 3
1
11
3 3
1 16
(1
)(3
1)(3
1)
5
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
n
f ( ) Lni ( ) fi i0
(3.11)
where fi - the function f ( ) evaluated at node i Lni ( ) - the Lagrange multiplier(乘子) function
1
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
nm
f (,)
Lni ( )Lmj () fij
i0 j0
n = m =1
n = m =2
n = m =3
n = m =4
Fig.3.8 Family of Lagrange elements The nodes exit on a regular mesh of (n+1) columns, (m+1) lines.
8
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
(
1)
L12
(
)
0
(1) (1)
0
1 1
(1
2
)
L22
(
)
(1)
1 (1)
0
1 0
1 2
(1
)
n=2
Lni
(
)
( 0 )( (i 0 )(i
1) 1)
( i1)( i1) ( n ) (i i1)(i i1) (i n )
4
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
The shape functions can be constructed directly as the products
( 乘 积 ) of Lagrange Polynomials. Thus the interpolation
functions for a two – dimensional problem would be
It can be seen that Lni ( ) is an nth degree polynomial as it is
given by the product of n linear factors.
下标i表示节点i,上标n表示Lagrange插值多项式的次数
2
Formulation of Isoparametric Finite Element Matrices
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