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1、弹性力学及有限元作业答案1.有限单元法的分析过程:1) 将结构进行离散化;2) 确定单元位移模式;3) 分析单元特性;4) 按离散情况集成所有单元的特性,建立表示整个结构节点平衡的方程组;5) 解方程组和输出计算结果。2 1)只取级数一项时: 2)只取级数两项时: 3 a)b) 4. 能叠加原因:轴向应变能和弯矩应变能相互独立,外力势能也不耦联. 5. 6答:a)( )Tb)( )T c) ( )T d) ( )T7 对图示自由度编号(未示出荷载),可以算出:89 答: 将单元位移式代入平面问题的几何方程可得: 式中微分算子矩阵A为 因此由位移模式可得单元中任意一点的应变矩阵为 式中 称为应变
2、矩阵(strain matrix)。 对线弹性各向同性体有 = 式中 称为应力矩阵(stress matrix)。对两类平面问题应力矩阵分别为: 在有初应变的情况下单元的应变能为 式中:t,A为单元的厚度与中面面积;C为与无关的由引起的应变能。若单元的三边均不是物体的应力边界(也即没有边界属于),此时外力势为 若单元至少有一边是物体的应力边界时,外力势中应增加表面力的外力势,即 单元总势能为: 令单元势能的一阶变分等于零,也即=0,则可得 当为内部单元时 当单元在边界处时 若记 或则式(5-36)可改写作 上式即为单元刚度方程式,显然从形式上看,和杆系结构单元刚度方程完全一样。因此矩阵和当然也分别称为单元刚度矩阵和单元等效结点荷载矩阵。上式中子矩
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