“有限元法原理及应用”讲义-2013秋修订(6)

2021-02-21 19:33

Πp

由上述驻值条件 =0 得到下列方程组:

D

k1D1 k2(D2 D1) P1=0

k2(D2

D1) k3(D3 D2) P2=0

k3(D3 D2) P3=0

该方程写成矩阵形式 [K]{D}={R} ,就是:

k20 D1 P1 k1+k2

k2k2+k3 k3 D2 = P2

D3 P3 0 k3k3

[K]称为该多自由度系统的刚度矩阵。

不难看出,上述由势能驻值条件得到的代数方程,就是三个力(P1,P2,P3)作用点处的平衡条件。

该系统的总势能用矩阵写成标准形式如下:

1TT

Πp={D}[K]{D} {D}{R}

2

这就是一般离散弹性系统势能的通用表达式。 3、连续系统的总势能表达式

对于连续弹性体系统,根据前面总势能的定义,势能表达式为:

Πp=∫

V

___

1T

{ε}{σ}dV ∫V(Xu+Yv+Zw)dV ∫s(Xu+Yv+Zw)dS

σ2

,引入力学量之间的约束关系:物理方程{σ}=[D]{ε}和几何方程(应变是位移的函数)把势能表达成系统位移的泛函:

___

1T

dV ∫(Xu+Yv+Zw)dV ∫(Xu+Yv+Zw)dS Πp=∫{ε}[D]{ε}V2Vsσ

试考虑如何根据材料力学中单轴拉压、梁理论、扭转理论导出相应的连续系统总势能泛函?

4、用变分法可以证明,弹性系统的最小总势能原理和虚位移原理等价。


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