Главная » Просмотр файлов » Belytschko T. - Introduction

Belytschko T. - Introduction (779635), страница 15

Файл №779635 Belytschko T. - Introduction (Belytschko T. - Introduction) 15 страницаBelytschko T. - Introduction (779635) страница 152017-12-27СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

(2.8.2) and (2.6.5) and noting Eq.(2.8.3), the rate-of-deformation can beexpressed in terms of the shape functions byDx ( x, t) = v, x ( x,t ) = N , x ( X ( x, t ))ve (t )(2.8.12)where we have indicated the implicit dependence of the shape functions on the Euleriancoordinates. The rate-of deformation will be expressed in terms of nodal velocities via a Bmatrix bymDx = v, x = Bv =e∑B v(2.8.13)BI = NI , x(2.8.14)eI II =1whereB = N,xor2-42T. Belytschko, Chapter 2, December 16, 1998This B matrix differs from the B 0 matrix used in the total Lagrangian formulation in thatthe derivatives are taken with respect to the Eulerian coordinates..To compute the spatial derivative of the shape function, we use the chain rule−1N, ξ = N , x x, ξ so N , x = N, ξ x,ξ(2.8.15)From the above, it follows thatDx (ξ, t ) = x,ξ−1N,ξ (ξ)v e( t ) = B(ξ )ve ( t)B(ξ) = N,ξ x ,ξ−1(2.8.16)Internal and External Nodal Forces.

We now use the procedure given in Sections2.4 and 2.5 to determine nodal forces corresponding to each term of the weak form on anelement level. The assembled equations and essential boundary conditions are developedsubsequently. The internal nodal forces will be developed from the virtual internal power.Defining the element internal nodal forces so that the scalar product with the virtualvelocities gives the internal virtual power, then from (2.7.6) and (2.8.13) we can writex em ( t )δPinte≡ δv fT inte ex em ( t )∫( )δv σAdx = δv ∫( )N=T,xTex1e tσ AdxT,x(2.8.17)x`e tThe transpose is taken of the first term in the integrand even though it is a scalar so that theexpression remains consistent when δv is replaced by a matrix product.

From thearbitrariness of δve , it follows thatxme (t )fei nt=xme (t )∫N,Tx σAdxx 1e (t )∫B≡TσAdx or fein t =x1e (t )∫ B σ dΩT(2.8.18)Ω e (t )We have explicitly indicated the time dependence of the limits of integration of the integralsto emphasize that the domain of integration varies with time. The internal nodal forces canthen be evaluated in terms of element coordinates by transforming (2.8.18) to the parentdomain and using the above with dx = x ,ξ dξ , givingxme ( t )intef=∫( ) Nx1etξmξmσAdx = ∫ N x σAx,ξ dξ = ∫ NT,ξ σAdξT,xT,ξ−1,ξξ1(2.8.19)ξ1The last form in the above is nice, but this simplification can be made only in onedimension.The external nodal forces are obtained from the expression for virtual external power(2.7.7):(δPeext = δveT feext = ∫ δv T ρbdΩ + δv T At xΩ et)Γt2-43(2.8.20)T.

Belytschko, Chapter 2, December 16, 1998Substituting (2.8.11) into the right hand side of the above and using the arbitrariness ofδve givesxmefeext(= ∫ N TρbAdx + N T At x)x1eΓte=∫NTΩ e (t )(ρbdΩ+ NT At x)Γte(2.8.21)where the second term contributes only when the boundary coincides with a node of theelement.Mass Matrix. The inertial nodal forces and mass matrix are obtained from the virtualinertial power (2.7.8):xm ( t )δPinert=δv Te feinert=∫δvT ρx1 ( t )DvAdxDt(2.8.22)Substituting (2.8.11) into the above yieldsxm (t )feinert∫ ρN=TNAdx ˙v e = M e˙ve(2.8.23)x1 (t )where the inertial force has been written as the product of a mass matrix M and the nodalaccelerations.

The mass matrix is given byx m ( t)M =e∫ ρNTNA dx =x1 (t )∫ ρNTN dΩ(2.8.24)Ω e (t )The above form is inconvenient because it suggests that the mass matrix is a function oftime, since the limits of integration and the cross-sectional area are functions of time.However, if we use the mass conservation equation (2.2.10) in the form ρ 0 A0 dX = ρAdx ,we can obtain a time invariant form. Substituting the (2.2.10) into (2.8.24) givesXmM =e∫ ρ0 NTNA0dX(2.8.25)X1This formula for the mass matrix is identical to the expression developed for the totalLagrangian formulation, (2.4.11). The advantage of this expression is that it clearly showsthat the mass matrix in the updated Lagrangian formulation does not change with time andtherefore need not be recomputed during the simulation, which is not clear from (2.8.24).We will see shortly that any nodal force for a Lagrangian mesh can be computed by eitherthe total or updated Lagrangian formalism.

The one which is chosen is purely a matter ofconvenience. Since it is more convenient and illuminating to evaluate the mass matrix inthe total Lagrangian form, this has been done.Equivalence of Updated and Total Lagrangian Formulations. The internal andexternal nodal forces in the updated and total Lagrangian formulations can be shown to be2-44T. Belytschko, Chapter 2, December 16, 1998identical.

To show the identity for the nodal internal forces, we express the spatialderivative of the shape function in terms of the material derivative by the chain rule:N, x ( X ) = N, X ∂X = N, X F–1 = B0 F –1∂x(2.8.26)From the first equality we have N, xdx = N, X dX , and substituting this into (2.8.18) givesxm ( t )feint=∫N T, xσAdxx1 ( t )Xm= ∫ N,TX σAdX(2.8.27)X1where the limits of integration in the third expression have been changed to the materialcoordinates of the nodes since the integral has been changed to the initial configuration. Ifwe now use the identity σA= PA0 , Eq.(2.2.9), we obtain from the above thatXmfeint=∫ N , X PA0 dXT(2.8.28)X1This expression is identical to the expression for the internal nodal forces in the totalLagrangian formulation, (2.5.14).

Thus the expressions for the internal nodal forces in theupdated and total Lagrangian formulations are simply two ways of expressing the samething.The equivalence of the external nodal forces is shown by using the conservation ofmass equation, (2.2.10).

Starting with (2.8.21) and using the (2.2.10) givesxmefeext(= ∫ N ρbAdx + N At xTx1eT) Γ = ∫ NT ρ 0b A0 dX +(NT A0 t 0x ) ΓXmetetX1(2.8.29)where we have used the identity t x A = t0x A0 in the last term. The above is identical to(2.4.8), the expression in the total Lagrangian formulation.From this and the identity of the expression for the mass matrix, it can be seen that thetotal and updated Lagrangian formulations simply provide alternative expressions for thesame nodal force vectors. The formulation which is used is simply a matter ofconvenience. Moreover, it is permissible to use either of these formulations for differentnodal forces in the same calculation. For example, the internal nodal forces can beevaluated by an updated Lagrangian approach and the external nodal forces by a totalLagrangian approach in the same calculation.

Thus the total and updated Lagrangianformalisms simply reflect different ways of describing the stress and strain measures anddifferent ways of evaluating derivatives and integrals. In this Chapter, we have also useddifferent dependent variables in the two formulations, the velocity and stress in the updatedformulations, the nominal stress and the displacement in the total formulation. However,this difference is not tied to the type of Lagrangian formulation, and we have done this onlyto illustrate how different independent variables can be used in formulating the continuummechanics problem. We could have used the displacements as the dependent variables inthe updated Lagrangian formulation just as well.2-45T.

Belytschko, Chapter 2, December 16, 1998Assembly, Boundary Conditions and Initial Conditions. The assembly ofthe element matrices to obtain the global equations is identical to the procedure describedfor the total Lagrangian formulation in Section 2.5. The operations of gather are used toobtain the nodal velocities of each element, from which the strain measure, in this case therate-of-deformation, can be computed in each element.

The constitutive equation is thenused to evaluate the stresses, from which the nodal internal forces can be computed by(2.8.19). The internal and external nodal forces are assembled into the global arrays by thescatter operation. Similarly, the imposition of essential boundary conditions and initialconditions is identical and described in Section 2.4. The resulting global equations areidentical to (2.4.17) and (2.4.15).

Initial conditions are now needed on the velocities andstresses. For an unstressed body at rest, the initial conditions are given byvI = 0, I = 1to nNσ I = 0, I =1 to nQ(2.8.30)That initial conditions in terms of the stresses and velocities is more appropriate forengineering problems is discussed in Section 4.2. Nonzero initial values can be fit by anL2 projection described at the end of Section 2.4.2-46T. Belytschko, Chapter 2, December 16, 1998Box 2.3Updated Lagrangian Formulationu( X,t) = N ( X (ξ ))ue (t) = N I (X (ξ ) )u eI (t)(B2.3.1)....

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
2,14 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный 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
6353
Авторов
на СтудИзбе
311
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее