Главная » Просмотр файлов » Hutton - Fundamentals of Finite Element Analysis

Hutton - Fundamentals of Finite Element Analysis (523155), страница 16

Файл №523155 Hutton - Fundamentals of Finite Element Analysis (Hutton - Fundamentals of Finite Element Analysis) 16 страницаHutton - Fundamentals of Finite Element Analysis (523155) страница 162013-09-15СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

Using thesame node and element numbering as in Figure 3.2, determine the displacement components of node 3, the reaction force components at nodes 1 and 2, and the elementdisplacements, stresses, and forces. The elements have modulus of elasticity E1 = E2 =10 × 106 lb/in.2 and cross-sectional areas A1 = A2 = 1.5 in.2.Hutton: Fundamentals ofFinite Element Analysis703. Truss Structures: TheDirect Stiffness MethodCHAPTER 3Text© The McGraw−HillCompanies, 2004Truss Structures: The Direct Stiffness Method300 lb(40, 40)(0, 40)223500 lb11(0, 0)Figure 3.5 Two-element truss withexternal loading.■ SolutionThe nodal√ coordinates are such that ␪1 = ␲/4 and ␪2 = 0 and the element lengths areL 1 = 402 + 402 ≈ 56.57 in., L 2 = 40 in. The characteristic element stiffnesses are thenk1 =A1 E 11.5(10)(10 6 )== 2.65(10 5 ) lb/in.L156.57k2 =A2 E 21.5(10)(10 6 )== 3.75(10 5 ) lb/in.L240As the element orientation angles and numbering scheme are the same as in Example 3.1,we use the result of that example to write the global stiffness matrix as1.3251.32500 −1.325 −1.3251.32500 −1.325 −1.325  1.32503.75 0 −3.750 105 lb/in.[K ] =  0 000000  −1.325 −1.325 −3.75 0 5.0751.325 −1.325 −1.32500 1.3251.325Incorporating the displacement constraints U 1 = U 2 = U 3 = U 4 = 0 , the global equilibrium equations are  1.3251.32500哸−1.325 −1.325 F01哸 1.3251.32500 −1.325 −1.325 0F2哸003.750−3.75050F3=10 哸0000哸 00 0 F4  哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹哹 −1.325 −1.325 −3.75 0 5.0751.325 U500哸5  −1.325 −1.32500哸 1.3251.325U6300Hutton: Fundamentals ofFinite Element Analysis3.

Truss Structures: TheDirect Stiffness MethodText© The McGraw−HillCompanies, 20043.6Element Strain and Stressand the dashed lines indicate the partitioning technique of Equation 3.45. Hence, theactive displacements are governed by10 55.0751.3251.3251.325U5U6=500300Simultaneous solution gives the displacements asU 5 = 5.333 × 10 −4 in.andU 6 = 1.731 × 10 −3 in.As all the constrained displacement values are zero, the reaction forces are obtained viaEquation 3.47 as F1 F −1.325 −1.325−300  −1.325 −1.325  0.5333−300 2−310== {Fc } = [K ca ]{Ua } = 105 lb −3.75F 0  1.731−200  3F4000and we note that the net force on the structure is zero, as required for equilibrium.

A checkof moments about any of the three nodes also shows that moment equilibrium is satisfied.For element 1, the element displacements in the element coordinate system areu (1)1(1)u2= R (1)0 √ 2 1 1 0 0  0  −30210−3 in.10 == 0.5333 U5 1.62 0 0 1 1  1.731U6 U 1 U Element stress is computed using Equation 3.52:␴ (1)  U1 1 (1)  U2 RL1 U5 U61= E1 −L1Using the element displacements just computed, we have␴ (1) = 10(10 6 ) −156.57156.57010 −3 ≈ 283 lb/in. 21.6and the positive results indicate tensile stress.The element nodal forces via Equation 3.23 areff(1)1(1)2==k1−k 1−424424−k 1k1(1)1(1)u 2u1= 2.65(10 )−15−11010 −31.6lband the algebraic signs of the element nodal forces also indicate tension.71Hutton: Fundamentals ofFinite Element Analysis723.

Truss Structures: TheDirect Stiffness MethodCHAPTER 3Text© The McGraw−HillCompanies, 2004Truss Structures: The Direct Stiffness MethodFor element 2, the same procedure in sequence gives U 1 U 0 u101 0 0 0  0  −32= R (2)10−4 in.=10 =(2)U0.533300100.53335u2 U61.73101110−3 ≈ 133 lb/in.2␴ (2) = 10(106 ) −0.533340 40 (2) (2) u1f 1k2 −k21 −1−2000== 3.75(105 )10−3 =lb−k2 k2−1 12000.5333f (2)u (2)22(2)also indicating tension.The finite method is intended to be a general purpose procedure for analyzing problems for which the general solution is not known; however, it is informative in the examples of this chapter (since the bar element poses an exact formulation) to check thesolutions in terms of axial stress computed simply as F/ A for an axially loaded member.The reader is encouraged to compute the axial stress by the simple stress formula for eachexample to verify that the solutions via the stiffness-based finite element method arecorrect.3.7 COMPREHENSIVE EXAMPLEAs a comprehensive example of two-dimensional truss analysis, the structure depicted in Figure 3.6a is analyzed to obtain displacements, reaction forces, strains,and stresses.

While we do not include all computational details, the exampleillustrates the required steps, in sequence, for a finite element analysis.Y6000 lb40 in.U8U440 in.34000 lbU7U3240 in.26(a)8U10U612000 lb16 U114U22000 lbU1274U153U55U9X(b)Figure 3.6(a) For each element, A = 1.5 in.2, E = 10 × 106 psi. (b) Node, element, and global displacement notation.Hutton: Fundamentals ofFinite Element Analysis3.

Truss Structures: TheDirect Stiffness MethodText© The McGraw−HillCompanies, 20043.7 Comprehensive ExampleStep 1. Specify the global coordinate system, assign node numbers, anddefine element connectivity, as shown in Figure 3.6b.Step 2. Compute individual element stiffness values:k (1) = k (3) = k (4) = k (5) = k (7) = k (8) =k (2) = k (6) =1.5(10 7 )= 3.75(10 5 ) lb/in.401.5(10 7 )= 2.65(10 5 ) lb/in.√40 2Step 3. Transform element stiffness matrices into the global coordinatesystem. Utilizing Equation 3.28 with␪1 = ␪3 = ␪5 = ␪7 = 0␪4 = ␪8 = ␲/2␪2 = ␲/4we obtain1 (1) (3) (5) (7) 5  0K= K= K= K= 3.75(10 ) −100 0 0 0 (4) (8) 0 1 0 −1 K= K= 3.75(105 ) 0 0 0 0 0 −1 012.65(105 ) 1K= −12−11 (6) 2.65(105 )  −1=K −121(2)␪6 = 3␲/40 −1 00 0 00 1 00 0 011 −1 −11 −1 −1 −1 11 −1 11−1 −1 111 −1 11 −1 −1 −1 1Step 4a. Construct the element-to-global displacement correspondence table.With reference to Figure 3.6c, the connectivity and displacementrelations are shown in Table 3.3.Step 4b.

Alternatively and more efficiently, form the element-nodeconnectivity table (Table 3.4), and the corresponding element globaldisplacement location vector for each element isL (1) = [1256]L(2)= [1278]L(3)= [3478]L (4) = [5678]73Hutton: Fundamentals ofFinite Element Analysis743. Truss Structures: TheDirect Stiffness MethodCHAPTER 3Text© The McGraw−HillCompanies, 2004Truss Structures: The Direct Stiffness MethodTable 3.3 Connectivity and Displacement RelationsGlobal Elem.

1 Elem. 2 Elem. 3 Elem. 4 Elem. 5 Elem. 6 Elem. 7 Elem. 8123456789101112120034000000120000340000001200340000000012340000000012003400000000341200000000120034000000001234Table 3.4 Element-Node ConnectivityNodeElementij123456781123354534445466L (5) = [56L (6) = [91078]81112]L(7)= [7L (8) = [910910]1112]Step 5. Assemble the global stiffness matrix per either Step 4a or 4b. Theresulting components of the global stiffness matrix are(1)(2)(1)(2)K 11 = k 11 + k 11 = (3.75 + 2.65/2)10 5K 12 = k 12 + k 12 = (0 + 2.65/2)10 5K 13 = K 14 = 0(1)K 15 = k 13 = −3.75(10 5 )(1)K 16 = k 14 = 0(2)K 17 = k 13 = −(2.65/2)10 5Hutton: Fundamentals ofFinite Element Analysis3.

Truss Structures: TheDirect Stiffness MethodText© The McGraw−HillCompanies, 20043.7 Comprehensive Example(2)K 18 = k 14 = −(2.65/2)10 5K 19 = K 1,10 = K 1,11 = K 1,12 = 0(1)(2)K 22 = k 22 + k 22 = 0 + (2.65/2)10 5K 23 = K 24 = 0(1)K 25 = k 23 = 0(1)K 26 = k 24 = 0(2)K 27 = k 23 = −(2.65/2)10 5(2)K 28 = k 24 = −(2.65/2)10 5K 29 = K 2,10 = K 2,11 = K 2,12 = 0(3)K 33 = k 11 = 3.75(10 5 )(3)K 34 = k 12 = 0K 35 = K 36 = 0(3)K 37 = k 13 = −3.75(10 5 )(3)K 38 = k 14 = 0K 39 = K 3,10 = K 3,11 = K 3,12 = 0(3)K 44 = k 22 = 0K 45 = K 46 = 0(3)K 47 = k 23 = 0(3)K 48 = k 24 = 0K 49 = K 4,10 = K 4,11 = K 4,12 = 0(1)(4)(5)(1)(4)(5)K 55 = k 33 + k 11 + k 11 = (3.75 + 0 + 3.75)10 5K 56 = k 34 + k 12 + k 12 = 0 + 0 + 0 = 0(4)K 57 = k 13 = 0(4)K 58 = k 14 = 0(5)K 59 = k 13 = −3.75(10 5 )(5)K 5,10 = k 14 = 0K 5,11 = K 5,12 = 0(2)(4)(5)K 66 = k 44 + k 22 + k 22 = (0 + 3.75 + 0)10 5(4)K 67 = k 23 = 0(4)K 68 = k 24 = −3.75(10) 575Hutton: Fundamentals ofFinite Element Analysis763.

Truss Structures: TheDirect Stiffness MethodCHAPTER 3Text© The McGraw−HillCompanies, 2004Truss Structures: The Direct Stiffness Method(5)K 69 = k 23 = 0(5)K 6,10 = k 24 = 0K 6,11 = K 6,12 = 0(2)(3)(4)(6)(7)K 77 = k 33 + k 33 + k 33 + k 33 + k 11= (2.65/2 + 3.75 + 0 + 2.65/2 + 3.75)10 5(2)(3)(4)(6)(7)K 78 = k 34 + k 34 + k 34 + k 34 + k 12= (2.65/2 + 0 + 0 − 2.65/2 + 0)10 5 = 0(6)K 79 = k 13 = −(2.65/2)10 5(6)K 7,10 = k 23 = (2.65/2)10 5(7)K 7,11 = k 13 = −3.75(10 5 )(7)K 7,12 = k 14 = 0(2)(3)(4)(6)(7)K 88 = k 44 + k 44 + k 44 + k 44 + k 22= (2.65/2 + 0 + 3.75 + 2.65/2 + 0)10 5(6)K 89 = k 14 = (2.65/2)10 5(6)K 8,10 = k 24 = −(2.65/2)10 5(7)K 8,11 = k 23 = 0(7)K 8,12 = k 24 = 0(5)(6)(8)(5)(6)(8)K 99 = k 33 + k 11 + k 11 = (3.75 + 2.65/2 + 0)10 5K 9,10 = k 34 + k 12 + k 12 = (0 − 2.65/2 + 0)10 5(8)K 9,11 = k 13 = 0(8)K 9,12 = k 14 = 0(5)(6)(8)K 10,10 = k 44 + k 22 + k 22 = (0 + 2.65/2 + 3.75)10 5(8)K 10,11 = k 23 = 0(8)K 10,12 = k 24 = −3.75(10 5 )(7)(8)(7)(8)(7)(8)K 11,11 = k 33 + k 33 = (3.75 + 0)10 5K 11,12 = k 34 + k 34 = 0 + 0K 12,12 = k 44 + k 44 = (0 + 3.75)10 5Step 6.

Apply the constraints as dictated by the boundary conditions. In thisexample, nodes 1 and 2 are fixed so the displacement constraints areU1 = U2 = U3 = U4 = 0Hutton: Fundamentals ofFinite Element Analysis3. Truss Structures: TheDirect Stiffness MethodText© The McGraw−HillCompanies, 20043.7 Comprehensive ExampleTherefore, the first four equations in the 12 × 12 matrix system[K ] {U } = {F }are constraint equations and can be removed from consideration sincethe applied displacements are all zero (if not zero, the constraints areconsidered as in Equation 3.46, in which case the nonzero constraintsimpose additional forces on the unconstrained displacements).

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
5,36 Mb
Тип материала
Учебное заведение
Неизвестно

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6310
Авторов
на СтудИзбе
312
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее