1 9 . Т е о р е т и ч е с к и е о с н о в ы

19.3. Решение систем уравнений

После того, как заданная конструкция представлена в виде конечноэлементной структуры, задача об определении перемещений узлов сводится к решению системы линейных алгебраических уравнений вида

где: K – симметричная положительно определенная матрица размером N×N; F – матрица правых частей (загружений) размером N×k (k – количество загружений); Z – искомая матрица перемещений размером k×N.

Поскольку в большинстве случаев матрица K является разреженной, то для уменьшения требуемой оперативной памяти, внешней памяти и времени счета предварительно производится перенумерация неизвестных системы (19.26) с целью минимизации профиля матрицы (рис.19.2).

Рис.19.2

В комплексе SCAD реализовано несколько методов перенумерации, а именно, обратный алгоритм Катхилла-Макки, метод-фактор деревьев, метод вложенныx сечений и алгоритм параллельных сечений. Описание этих методов и их сравнительная характеристика приведены в специальной литературе. Пользователю предоставлена возможность выбора метода перенумерации. По умолчанию используется обратный алгоритм Катхилла-Макки, т.к. у этого метода минимальные запросы к оперативной памяти. Мы не можем дать конкретные рекомендации для выбора метода перенумерации, т.к. эффективность того или иного алгоритма значительно зависит от структуры конкретной матрицы К.

Для решения системы (19.26) предварительно производится треугольное разложение матрицы К модифицированным методом Гаусса с выбором разрешающего элемента на главной диагонали в порядке следования перенумерованных неизвестных.

Если в процессе треугольного разложения матрицы K один из разрешающих элементов окажется равным нулю, т.е. выяснится, что K – вырождена, что свидетельствует о геометрической изменяемости системы, то производится автоматическое наложение дополнительной ненапряженной связи, превращающей систему в неизменяемую. При этом пользователю предоставляется информация о номерах узлов и типах степеней свободы, по которым произведено наложение связей. Заметим, что вырождение идентифицируется не по точному равенству разрешающего элемента нулю, а по появлению на главной диагонали числа “практически равного нулю” и выбор этого порога (параметр точности решения) является одним из параметров, которым пользователь может распорядиться сам.

13