理论教育 有限元分析基础与应用教程:约束条件处理

有限元分析基础与应用教程:约束条件处理

时间:2023-11-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:=P2n-1 根据支承情况,式应该换成下面的方程:图3-25 有外载荷与约束条件的4单元结构un=0 对比式和式,在式中应该做如下修正:在[K]矩阵中,第2n-1行的对角线元素K2n-1,2n-1改为1,该行中全部非对角线元素改为0;在{P}中,第2n-1个元素改为0。

有限元分析基础与应用教程:约束条件处理

图3-24所示的结构的约束和载荷情况,如图3-25所示。结点1、4上有水平方向的位移约束,结点4、6上有垂直方向的约束,结点3上作用有集中力(PxPy)。

这样构成的结点平衡方程组,在右边向量{P}中存在未知量,因此在求解平衡方程之前,要根据结点的位移约束情况修改方程(3-29)。先考虑结点n有水平方向位移约束,与n结点水平方向对应的平衡方程为:

K2n-1,1u1+K2n-1,2v1+…+K2n-1,2n-1un+K2n-1,2nvn+…=P2n-1 (3-30)

根据支承情况,式(3-30)应该换成下面的方程:

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图3-25 有外载荷与约束条件的4单元结构

un=0 (3-31)

对比式(3-30)和式(3-31),在式(3-29)中应该做如下修正:

在[K]矩阵中,第2n-1行的对角线元素K2n-1,2n-1改为1,该行中全部非对角线元素改为0;在{P}中,第2n-1个元素改为0。为了保持[K]矩阵的对称性,将第2n-1列的全部非对角元素也改为0。

同理,如果结点n在垂直方向有位移约束,则式(3-29)中的第2n个方程修改为,

vn=0

在[K]矩阵中,第2n行的对角线元素改为1,该行中全部非对角线元素改为0;在{P}中,第2n个元素改为0。为了保持[K]矩阵的对称性,将第2n列的全部非对角元素也改为0。(www.daowen.com)

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对图3-25所示结构的整体刚度在修改后可以得到以下的形式,

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如果结点n处存在一个已知非零的水平方向位移un*,这时的约束条件为,

un=un* (3-34)

在[K]矩阵中,第2n-1行的对角线元素K2n-1,2n-1乘上一个大数A,向量{P}中的对应换成AK2n-1,2n-1un*,其余的系数保持不变。

方程改为

K2n-1,1u1+K2n-1,2v1+…+AK2n-1,2n-1un+K2n-1,2nvn+…=AK2n-1,2n-1un* (3-35)其中,A的取值要足够大,例如取1010。只有这样,方程(3-35)才能与方程(3-34)等价。

如果结点n处存在一个已知非零的垂直方向位移vn*,这时的约束条件为

vn=vn*

也可以采用同样的方法修改整体刚度矩阵。

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