“有限元法原理及应用”讲义-2013秋修订(5)

2021-02-21 19:33

在Deq附近,D发生微小变化,而Πp几乎不变(一阶变分为0),在图1-2中这一点显然是Πp的最小值点。

驻值条件用数学语言描述如下(用微分代替变分):

dΠp=kDeqdD PdD=0

所以: Deq=

P

k

该结果与静力学平衡求出的结果相同。进一步理解;对于复杂的弹性系统,总势能最小点对应的是系统平衡状态。 2、多自由度系统、矩阵形式

如果决定一个系统的构形需要n个独立的量,那么这个系统就具有n个自由度,称为广义坐标。

对于有限自由度(离散系统)问题,势能Πp是广义坐标的函数。广义坐标记为Di。 势能表达式为:Πp=Πp(D1,D2,...,Dn) 它的全微分为:

Πp dΠp=dD1+dD2+...+dDn= {dD}

D2 Dn D1 D

根据最小势能原理,对任何允许的位移增量{dD},如果dΠp=0 则达到平衡。因此平衡条件就是:

Πp Πp Πp

T

Πp

=0,得到n个方程,解出n个Di值,便得到系统的静力平衡构形。 D

对于图1-3所示的多自由度弹簧系统,其总势能为:

Πp=

1112

k1D1+k2(D2 D1)2+k3(D3 D2)2 P1D1 P2D2 P3D3 222

图1-3 多自由度弹簧系统


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