Стрмех_3часть_рус_1999
.pdf11
Задачу решаем следующим образом. В начале построим матрицу [c]j, которая преобразует перемещения КЭ {z}j в общей системе осей координат в перемещения {v}j, по выражению
{v}j = [c]j {z}j
Y
Z2 |
|
V2 |
V1 |
|
|
Н |
Z1 |
Z3 =V3 |
|
a |
|
Z3 |
|
V3 |
V4 |
|
|
К |
Z4 |
Z6 =V6
X
V1 = Z1 cos + Z2 sin
V2 = -Z1 sin + Z2 cos
V3 = Z3
V6 = Z6
V4 = Z4 cos + Z5 sin
V5 = -Z4 sin + Z5 cos
В матричной форме приведенная выше запись будет иметь вид
V1 |
|
cos |
sin |
0 |
0 |
0 |
0 |
Z1 |
|
|||
|
|
|
|
cos |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
V2 |
|
sin |
0 |
Z2 |
|
|||||||
V |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
Z |
|
|
|||
3 |
|
0 |
0 |
0 |
cos |
sin |
|
3 |
, |
|||
V4 |
|
|
0 |
Z4 |
|
|||||||
V |
|
|
0 |
0 |
0 |
sin |
cos |
0 |
Z |
|
|
|
5 |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
5 |
|
|
V |
|
0 |
1 |
Z |
6 |
|
||||||
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или в блочной форме |
|
|
|
|
с |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
[c]j = |
н |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
cк |
|
|
|
|
|
где для жесткого узла
|
12 |
|
|
|
|
соsa |
sina |
0 |
|
[c]н,к = |
sina |
cosa |
0 , |
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
1 |
||
для шарнирного узла |
|
|
|
|
cosa |
sina |
|||
|
||||
[c]н,к = |
|
. |
||
|
sina |
cosa |
Так как мы рассматриваем плоские упругие системы, то векторы узловых усилий и узловых перемещений, как для отдельного элемента, так и для сооружения в целом, связаны между собой линейно
{S}j’ = [r]j’{V}j |
- в местной системе осей координат. |
|
{S}j = [r]j {Z}j |
- в общей системе осей координат |
|
Кроме того |
{V}j = [c]j{Z}j, |
|
Аналогично |
||
|
{S}j’ = [c]j{S}j,
где {S}’,{S}-узловые усилия КЭ соответственно, в местной и общей системах осей координат.
Тогда
{S}j = [c]j-1 {S}j’ = [c]j-1[r]j’{V}j = [c]j-1[r]j’[c]j{Z}j.
Для матрицы направляющих косинусов выполняется равенство
[c]j-1 = [c]jT,
Тогда |
|
{S}j = [c]jT [r]j’ [c]j{Z}. |
|
Обозначим |
|
[r]j = [c]jT [r]j’ [c]j |
- это выражение и является |
формулой для вычисления матрицы жесткости КЭ в общей системе осей координат.
При формировании матриц жесткости отдельных элементов [r]j’ должны быть зафиксированы начало и конец каждого стержня, так как от этого зависит знак угла , определяющего ориентацию стержня в общей системе осей координат ХОY.
Матрица жесткости для сооружения в целом
Рассмотрим теперь как формируется матрица жесткости для сооружения в целом, когда имеются матрицы жесткости для всех отдельных элементов.
Пусть задана какая-либо стержневая система
Y
3
5
4
2
4
3
1 2
1 |
X |
13
Все узлы будем считать жесткими, т.е. с каждым из них связано по 3 возможных перемещения.
Матрицу жесткости для всего сооружения покажем в блочном виде, с размерами блоков 3x3, т.к. с каждым узлом связано по 3 возможных перемещения (горизонтальное, вертикальное и поворот узла).
r11 |
r12 |
0 |
r14 |
|
|
r |
r |
r |
r |
|
|
r 21 |
22 |
23 |
24 |
, |
|
0 |
r |
r |
r |
|
|
|
32 |
33 |
34 |
|
|
r42 |
r43 |
r44 |
|||
r41 |
|
здесь r12 - первый индекс указывает номер узла, в котором возникает блок реакций,а второй - номер узла, смещением которого эти реакции вызваны. Нулевые блоки обозначают, что соответствующие узлы не связаны непосредственно стержнем и прямо не взаимодействуют, т.е. не передают реакции с узла в узел.
Общая матрица жесткости [r] получается путем суммирования соответствующих блоков матриц жесткости отдельных стержней.
Например, первая строка блочной матрицы [r] получена путем суммирования блоков
матриц жесткости отдельных элементов
r11 = r111+r112, r12 = r121, r14 = r143 и т.д.
Лекция 4. Порядок расчета стержневых систем методом конечных элементов
Порядок расчета сооружений МКЭ можно разбить на три основные этапа: подготовительный, вычислительный и обработку результатов.
1.Подготовительный этап включает в себя. Изображение расчетной схемы рассматриваемого сооружения, разбиение расчетной схемы на отдельные элементы, нумерацию узлов и элементов, выбор общей системы осей координат. Затем составляются
исходные матрицы: матрицы жесткости отдельных элементов в местной системе осей координат [r]j’ и матрицы направляющих косинусов [c]j , формируют вектор внешних нагрузок {P}, предварительно преобразовав вне узловую нагрузку к узловой.
2.Вычислительная часть расчета включает в себя. Вначале вычисляют матрицы жесткости
отдельных элементов в общей системе осей координат
[r]j = [c]j [r]j’ [c]j ,
затем, из блоков этих матриц формируют матрицу жесткости [r] для сооружения в целом. По формуле
{Z} = [r]-1 {P}
вычисляют вектор перемещений узловых точек сооружения в общей системе осей координат.
Вектор узловых усилий для отдельных КЭ в общей системе осей координат
{S}j = [r]j {Z}j
и в местной системе осей координат
{S}j’ = [c]j {S}j .
Результирующие усилия в узлах отдельных КЭ в местной системе осей координат, с
учетом преобразований вне узловой нагрузки
{S}j’ = {S}j’ + {S0}j .
3. Обработка результатов. Полученные усилия {S}j’ прикладывают к узлам отдельных элементов и по ним строят результирующие эпюры M, Q, N.
14
Пример.
Порядок расчета рамы МКЭ рассмотрим на конкретном небольшом примере. Заданная рама показана на рисунке слева
Заданная рама и основная система МКЭ
Основную систему МКЭ выбираем разбивая раму на три прямолинейных конечных элемента (КЭ). Нумеруем узлы и элементы.
В узле 3 элементы соединяются между собой жестко, с этим узлом связаны три неизвестных перемещения. В узле 2 элементы соединяются шарниром, здесь два неизвестных перемещения. В опорных узлах 1 и 2 все три перемещения равны нулю. Следовательно, рассматриваемая рама имеет пять неизвестных перемещений в МКЭ. Положительные направления перемещений и внешних нагрузок принимаем как показано на рисунке.
Общую систему осей координат располагаем таким образом, чтобы координаты всех узлов были положительными.
Распределенную по ригелю нагрузку приводим к узловой, используя для этого таблицы метода перемещений.
Преобразование вне узловой нагрузки к узловой
Составляем исходные матрицы. Вектор внешних нагрузок Р для сооружения в целом, в общей системе осей координат и векторы преобразований вне узловых нагрузок к узловым для КЭ в местных системах осей координат Si0 имеют вид
15
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
50 |
50 |
0 |
0 |
||||
P 40 , |
S10 0 , |
S20 40 , |
S3 |
. |
|||
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
Матрицы жесткости для КЭ в местной системе осей координат составляются следующим образом. Матрица жесткости для первого элемента имеет размерность 3х3, т.к. три перемещения связанные с узлом 1 равны нулю, поэтому из матрицы для элемента с двумя жесткими узлами вычеркиваем три первых строки и три первых столбца. Для второго элемента матрица жесткости имеет размер 5х5. Для третьего 2х2. Локальная (местная) система осей координат связана с отдельным элементом, ось X направлена вдоль стержня от начального узла к конечному, а ось Y нормально к ней.
|
|
EA |
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
25, |
|
0 |
|
0 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
12EJ |
|
|
|
6EJ |
|
|
|
|
|||||||||||||
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
r1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
01875, |
0375, |
|
|
||||||
|
|
l3 |
|
|
|
|
l2 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
6EJ |
|
|
4EJ |
|
|
|
0375, |
1 |
|
|
|
|||||||
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
l |
2 |
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
5 |
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
5 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
0 |
0094, |
|
|
|
0375, |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
' |
|
|
|
|
|
0094, |
|
|
2 |
0 |
||||||||||||||
|
|
0 |
0375, |
|
|
|
15, |
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||||||
r2 |
|
|
|
|
|
|
|
0375, |
|
' |
|
|
||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
5 |
|
0 |
|
|
r3 |
|
||||||
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0003, |
|||||||||
|
|
|
0 |
0094, |
0375, |
0 |
0094, |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Матрицы направляющих косинусов, имеют ту же размерность, что и матрицы жесткости: для первого элемента 3х3, для второго 5х5, для третьего 2х2. Поворот элементов осуществляется против часовой стрелки, вокруг начального узла из горизонтального положения до положения как в конструкции. В нашем случае 1=900, 2=00, 3=1270. Матрицы направляющих косинусов записываются
|
|
|
|
cos |
sin |
0 |
|
0 |
|
1 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
с |
|
|
sin |
cos |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
|
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
|||
|
|
|
0 |
0 |
||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 0 1 0 0 |
|
|||||
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
0 1 |
|
2 |
|
0 |
0 |
1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
||||
|
|
|
|
|
06, |
08, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
|||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
08, |
06, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Матрицы жесткости отдельных элементов в общей системе осей координат |
||||||||||||||||||||
вычисляют по формуле |
|
|
r i |
c iT r i' c i |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где с iT - транспонированная матрица направляющих косинусов для i-того элемента.
16
После перемножения соответствующих матриц, получаем
|
01875, |
0 |
0375, |
|
5 |
0 |
0 |
5 |
0 |
|
|||
|
|
0 |
25, |
0 |
|
|
|
0 |
0,094 |
0,375 |
0 |
0,094 |
|
r1 |
|
r2 |
|
|
|||||||||
|
|
0375, |
0 |
1 |
|
0 |
0,375 |
15, |
0 |
0,375 |
|||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
5 |
0 |
0 |
5 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
07219, |
09586, |
|
|
0 |
0,094 |
0,375 |
0 |
0,094 |
|
|||
r3 |
|
|
|
||||||||||
|
|
12811, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
09586, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
51875, |
0 |
0375, |
5 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
2594, |
0375, |
0 |
0094, |
|
|
r |
1 |
r |
2 |
r |
2 |
|
|
|
|||||
r |
3,3 |
3,3 |
3,4 |
0375, |
0375, |
25, |
0 |
0375, |
||||||
|
|
r42,3 |
|
r42,4 r43,4 |
|
5 |
0 |
0 |
57219, |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
09586, |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0094, |
0375, |
09586, |
1375, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Матрица жесткости сооружения в целом формируется из блоков матриц жесткости отдельных элементов следующим образом:
где r31,3 - блок реакций, возникающих за счет упругих свойств первого элемента, в связях наложенных на третий узел, от единичных смещений этих же связей и т.д.
|
4,306 |
01384, |
02302, |
4,2502 |
2,91 |
|
|
0 |
|
8501, |
|
|
01384, |
03987, |
00646, |
01318, |
01063, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
2054, |
|||||||
Z r 1 P 02302, |
00646, |
044, |
02058, |
00279, * 40 |
1353, |
||||||
|
4,2502 |
01388, |
02058, |
4,3942 |
30168, |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
89,21 |
||||||
|
2,91 |
01063, |
00279, |
30168, |
28301, |
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
891, |
После обращения матрицы r по известным стандартным процедурам, вектор перемещений Z определяется по формуле
Векторы узловых усилий в стержнях в общей системе осей координат вычисляем по формуле
Si ri Zi , |
|
|
|
|
21 |
|
|
|
||
|
21 |
|
|
|
|
135, |
|
в результате вычислений имеем : |
||
S |
|
|
|
|
|
21 |
||||
|
|
|
|
|
54, |
|
S3 |
|
||
S1 5135, |
|
2 |
|
21 |
|
|
|
|||
|
454, |
|
|
|
|
|
|
2863, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
135, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
|
|
|
|
|
Усилия в узлах конечных элементов в местной системе осей координат, с учетом |
|||||||||||||
векторов преобразований нагрузок, определяются |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
S' |
c S |
i |
S0 , |
|
|
|
|
|||
|
|
|
i |
i |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
в нашем случае, в результате вычислений имеем |
|
|
|
|
|
||||||||
|
5135, |
|
|
|
|
21 |
|
|
355, |
||||
|
|
|
|
|
5135, |
|
S |
' |
|||||
' |
|
21 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
||
S1 |
|
|
S2' |
|
|
|
|
|
038, |
|
|||
|
|
454, |
|
454, |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2865, |
|
|
|
|
Имея векторы усилий в местной системе осей координат, прикладываем их к соответствующим узлам отдельных элементов и строим эпюры внутренних усилий.
Эпюры внутренних усилий
Для выполнения статической проверки, покажем расчетную схему рамы с заданными нагрузками и опорными реакциями. Направления и величины опорных реакции определяем по эпюрам.
18
Условия статического равновесия записываются
Х 0, |
21 |
+ 0.38 sin - 35.5cos = 0; |
|
Y 0, |
51.35 |
+ 0.38 cos + 35.5 sin -q · 4 = 0; |
|
MB 0, |
q · |
4 · |
5 - 51.35 · 7 - 38.6 - 35.5 = 0. |
Приложение. Формирование матрицы жесткости плоского треугольного конечного элемента в локальной системе осей координат
Для расчета конструкций, испытывающих плоское напряженное состояние, плоский треугольный конечный элемент является одним из наиболее удобных типов конечных элементов, т.к. позволяет наиболее просто и удобно получить на конструкции сетку узлов требуемой густоты.
Рассмотрим процесс формирования матрицы жесткости плоского треугольного 3-х узлового конечного элемента с узлами i, j, m, обозначенными в направлении обхода против часовой стрелки.
y1
m xm
vi
ym
i |
ui |
j |
x1 |
|
К построению матрицы жесткости треугольного КЭ
Смещения в узле имют 2 компонента - ui и vi. Тогда вектор узловых смещений элемента может быть представлен как
|
|
ui |
|
|
|
|
|
|
|
vi |
|
z e |
|
uj |
|
|
|
|
|
|
|
vj |
|
|
|
um |
|
|
|
|
|
|
|
vm |
19
(1)
Самое простое представление смещения u и v точек с координатами x и y внутри элемента через смещения узловых точек может быть получено на основе использования 2-х линейных многочленов:
u 1 |
2 x 3y, |
v 4 |
(2) |
5x 6 y |
Постоянные можно получить, решая две системы из 3-х уравнений, введя координаты узлов и приравняв их смещения соответствующим узловым смещениям:
ui 1 2xi |
3 yi ; |
vi 4 5xi 6 yi ; |
|
uj 1 2xj |
3 yj ; |
vj 4 5xj 6 yj ; |
(3) |
um 1 2xm 3ym ; |
vm 4 5xm 6 ym . |
|
Подставив решения систем (3) в выражения (2) окончательно получим выражения для u и v
u |
1 |
ai |
bi x ci y ui aj bj x cj y uj |
am bmx cmy um , |
|||
2 |
|||||||
|
1 |
|
|
|
|
(4) |
|
v |
ai |
bi x ci y vi aj bj x cj y vj |
am bmx cm y vm , |
||||
2 |
|||||||
где - площадь треугольника, |
|
|
|||||
|
ai xj ym xm yj ; |
bi yj ym ; |
ci xm xj . |
Коэффициенты aj, bj, cj, am, bm, cm можно получить циклической перестановкой индексов в последовательности i, j, m.
Относительная деформация в любой точке элемента определяется с помощью трех компонентов, вносящих вклад во внутреннюю работу, которая с помощью уравнений (4) может быть записана как
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
b |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
x |
|
|
|
|
v |
|
|
|
1 |
i |
||
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
||
|
|
y |
2 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
||||
|
xy |
|
u |
v |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
i |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
0 |
b |
j |
0 |
b |
0 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
m |
|
e |
B z |
e |
(5) |
||
ci |
0 |
cj |
0 |
||||||||
cm z |
|
|
|||||||||
b |
c |
j |
b |
j |
c |
b |
|
|
|
|
|
i |
|
|
m |
m |
|
|
|
|
Учитывая, что для треугольного элемента постоянной толщины общее выражение для матрицы жесткости может быть упрощено, т.е.
k e |
B T D B dV B T D B t |
(6) |
|
V |
|
20
и учитывая, что матрица упругости ( закона Гука) для случая плоского напряженного состояния имеет вид
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
E |
|
1 |
|
|
|||
D |
|
|
|
1 |
0 |
|
(7) |
|
|
2 |
|||||||
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
||
|
|
|
|
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
окончательно выражение для матрицы жесткости плоского треугольного элемента имеет вид:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k11 |
|
k12 |
|
|
k13 |
|
|
k14 |
|
|
|
k15 |
|
|
k16 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k22 |
|
|
k23 |
|
|
k24 |
|
|
|
k25 |
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
e |
|
|
|
|
|
|
|
Et |
|
|
|
|
|
|
k31 |
|
k32 |
|
|
k33 |
|
|
k34 |
|
|
|
k35 |
|
|
k36 |
|
(8) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k42 |
|
|
k43 |
|
|
k44 |
|
|
|
k45 |
|
|
k |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 1 2 k41 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
46 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
51 |
|
|
|
k |
52 |
|
|
k |
53 |
|
|
k |
54 |
|
|
|
k |
55 |
|
|
k |
56 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
61 |
|
|
|
62 |
|
|
63 |
|
|
64 |
|
|
|
65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
66 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
где |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
bi2 |
ci2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
k11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
k12 k21 |
bici |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; k13 k31 bibj |
cicj |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
k |
|
k |
|
b c |
|
b |
|
c |
|
|
1 |
; |
|
|
k |
|
|
|
|
k |
|
|
bb |
|
c c |
|
|
|
|
1 |
; |
|
|
k |
|
|
|
k |
|
|
b |
c |
|
|
|
c b |
|
|
1 |
; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
14 |
|
41 |
i |
|
j |
|
|
|
|
|
|
j i |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
51 |
|
|
|
|
|
i m |
|
|
i |
|
m |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
61 |
|
|
|
i |
|
|
|
m |
|
|
|
i |
m |
2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
k |
|
c |
2 |
b2 |
1 |
; |
|
k |
|
|
|
k |
|
|
b |
|
c |
|
b c |
|
|
1 |
; |
|
|
|
|
k |
|
|
|
k |
|
|
|
c c |
|
|
bb |
|
1 |
; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
22 |
i |
i |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
23 |
|
|
32 |
|
|
|
|
|
j |
|
|
j |
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
|
|
|
|
42 |
|
|
|
|
i |
|
j |
|
|
|
i j |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
k |
|
k |
|
b |
|
|
|
|
c |
|
b c |
|
|
|
1 |
; |
|
|
k |
|
|
|
k |
|
|
c c |
|
|
b b |
|
|
|
|
1 |
; |
|
|
k |
|
|
b |
2 |
c |
2 |
1 |
; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
25 |
|
52 |
|
m |
i |
|
|
|
|
|
i |
m |
2 |
|
|
|
|
|
|
26 |
|
|
|
|
|
62 |
|
|
|
|
|
|
i |
m |
|
|
|
|
i |
m |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
33 |
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|||||||||||||||||||||||
k34 |
k43 bjcj |
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
k35 k53 |
|
bjbm cjcm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
k36 k63 bjcm bmcj |
|
; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
k |
|
c |
2 |
b2 |
1 |
; |
|
k |
|
|
|
k |
|
|
b |
|
|
c |
|
|
b |
|
|
c |
|
|
|
1 |
; |
|
|
|
|
k |
|
|
k |
|
|
|
c |
|
c |
|
|
b |
|
b |
|
|
|
|
1 |
; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
44 |
|
j |
j |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
45 |
|
|
54 |
|
|
|
|
|
m |
|
j |
|
|
|
|
|
|
j |
|
|
m |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
46 |
|
|
|
|
|
64 |
|
|
|
|
|
j |
|
m |
|
|
|
j |
|
|
m |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
bm2 |
cm2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
k66 cm2 bm2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
k55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
k56 k65 |
bmcm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Использование полученной матрицы жесткости в дальнейших конечно-элементных |
операциях ничем не отличается от использования матрицы жесткости стержневого конечного элемента. Естественно, результатом расчета в этом случае будут усилия соответствующие компонентам перемещений, указанным на Рис. , т.е. Nx,1 ,Ny,1 ,Nx,2 ,Ny,2 ,Nx,3 ,Ny,3, которые могут быть преобразованы к напряжениям в центре
тяжести конечного элемента x , y , xy .
Лекция 5. Устойчивость сооружений
Системы, применяемые в качестве строительных конструкций, должны находиться под действием внешних нагрузок в состоянии устойчивого равновесия. Это означает, что если какие-либо случайные причины выведут систему из состояния равновесия, то после удаления этих причин система должна вернуться в свое первоначальное положение.
P P P P P