F + R = 0, u A = 0. u A = 0. f 0 f 1 f 2. Relację pomiędzy siłami zewnętrznymi i wewnętrznymi

Podobne dokumenty
Najprostszy element. F+R = 0, u A = 0. u A = 0. Mamy problem - równania zawierają siły, a warunek umocowania - przemieszczenia

Wprowadzenie do MES. Dla każdego ES, w oparciu o przemieszczenia w węzłach, wyznaczamy siły działające na niego, odkształcenia, naprężenia, itp.

Wprowadzenie do MES. Dla każdego ES, w oparciu o przemieszczenia w węzłach, wyznaczamy siły działające na niego, odkształcenia, naprężenia, itp.

DYNAMIKA RAM WERSJA KOMPUTEROWA

Stateczność ramy - wersja komputerowa

MODELOWANIE ZA POMOCĄ MES Analiza statyczna ustrojów powierzchniowych

ALGORYTM STATYCZNEJ ANALIZY MES DLA KRATOWNICY

Stateczność ramy. Wersja komputerowa

4. ELEMENTY PŁASKIEGO STANU NAPRĘŻEŃ I ODKSZTAŁCEŃ

PROJEKT NR 2 STATECZNOŚĆ RAM WERSJA KOMPUTEROWA

MES1 Metoda elementów skończonych - I Finite Element Method - I. Mechanika i Budowa Maszyn I stopień ogólnoakademicki

Modelowanie w MES. Kolejność postępowania w prostej analizie MES w SWS

Pierwsze komputery, np. ENIAC w 1946r. Obliczenia dotyczyły obiektów: o bardzo prostych geometriach (najczęściej modelowanych jako jednowymiarowe)

Rozciąganie i ściskanie prętów naprężenia normalne, przemieszczenia 2

gruparectan.pl 1. Metor Strona:1 Dla danego układu wyznaczyć MTN metodą przemieszczeń Rys. Schemat układu Współrzędne węzłów:

Kolejność postępowania w prostej analizie MES w SWS

Zbieżność. Wskaźniki błędu MES Przykłady błędów MES. 2 Proces V&V. Weryfikacja i walidacja. Czy MES jest nieomylny?

Materiały pomocnicze do wykładów z wytrzymałości materiałów 1 i 2 (299 stron)

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu MECHANIKA I BUDOWA MASZYN Studia pierwszego stopnia

MES 4. 1 Przykłady błędów MES. 2 Proces V&V. Weryfikacja i walidacja. Czy MES jest nieomylny?

[ P ] T PODSTAWY I ZASTOSOWANIA INŻYNIERSKIE MES. [ u v u v u v ] T. wykład 4. Element trójkątny płaski stan (naprężenia lub odkształcenia)

Zastosowanie MES do rozwiązania problemu ustalonego przepływu ciepła w obszarze 2D

OBLICZANIE RAM METODĄ PRZEMIESZCZEŃ WERSJA KOMPUTEROWA

Rozwiązanie stateczności ramy MES

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

Wstęp. Numeryczne Modelowanie Układów Ciągłych Podstawy Metody Elementów Skończonych. Warunki brzegowe. Elementy

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z PRZEDMIOTU: KONSTRUKCJE BUDOWLANE klasa III Podstawa opracowania: PROGRAM NAUCZANIA DLA ZAWODU TECHNIK BUDOWNICTWA

Kilka spraw praktycz-

Autor: mgr inż. Robert Cypryjański METODY KOMPUTEROWE

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

pt.: KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESÓW OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

PRZYKŁADOWE ZADANIA. ZADANIE 1 (ocena dostateczna)

Projektowanie elementów z tworzyw sztucznych

Metoda elementów skończonych

Modelowanie w MES. Kroki analizy Zakładamy, że model już jest uproszczony, zdefiniowane są materiał, obciążenie i umocowanie (krok 0).

7. ELEMENTY PŁYTOWE. gdzie [N] oznacza przyjmowane funkcje kształtu, zdefinować odkształcenia i naprężenia: zdefiniować macierz sztywności:

Mechanika i Budowa Maszyn

3. FUNKCJA LINIOWA. gdzie ; ół,.

Defi f nicja n aprę r żeń

Modelowanie przez zjawiska przybliżone. Modelowanie poprzez zjawiska uproszczone. Modelowanie przez analogie. Modelowanie matematyczne

METODA SIŁ KRATOWNICA

UTRATA STATECZNOŚCI. O charakterze układu decyduje wielkośćobciążenia. powrót do pierwotnego położenia. stabilnego do stanu niestabilnego.

ZAGADNIENIA ZALICZENIOWE i PRZYKŁADY PYTAŃ z METOD KOMPUTEROWYCH w TSiP

8. PODSTAWY ANALIZY NIELINIOWEJ

Łagodne wprowadzenie do Metody Elementów Skończonych

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Modelowanie układów prętowych

STATYKA Z UWZGLĘDNIENIEM DUŻYCH SIŁ OSIOWYCH

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

gruparectan.pl 1. Silos 2. Ustalenie stopnia statycznej niewyznaczalności układu SSN Strona:1 Dla danego układu wyznaczyć MTN metodą sił

ĆWICZENIE PROJEKTOWE NR 2 Z MECHANIKI BUDOWLI

Karta (sylabus) przedmiotu Mechanika i Budowa Maszyn Studia I stopnia o profilu: A P

Metody energetyczne. Metoda Maxwella Mohra Układy statycznie niewyznaczalne Metoda sił Zasada minimum energii

Al.Politechniki 6, Łódź, Poland, Tel/Fax (48) (42) Mechanika Budowli. Inżynieria Środowiska, sem. III

MES 4. 1 Przykłady błędów MES. 2 Proces V&V. Weryfikacja i walidacja. Czy MES jest nieomylny?

3. Macierze i Układy Równań Liniowych

ROZWIĄZANIE PROBLEMU NIELINIOWEGO

Mechanika teoretyczna

METODY KOMPUTEROWE W MECHANICE

5. Rozwiązywanie układów równań liniowych

PROJEKT NR 1 METODA PRZEMIESZCZEŃ

Modelowanie, sterowanie i symulacja manipulatora o odkształcalnych ramionach. Krzysztof Żurek Gdańsk,

1. METODA PRZEMIESZCZEŃ

ĆWICZENIE 6 Kratownice

Rys Przykładowe krzywe naprężenia w funkcji odkształcenia dla a) metali b) polimerów.

Spis treści. Wstęp Część I STATYKA

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

1. Obciążenie statyczne

3. PŁASKI STAN NAPRĘŻENIA I ODKSZTAŁCENIA

Mechanika i wytrzymałość materiałów BILET No 1

PODSTAWY MECHANIKI OŚRODKÓW CIĄGŁYCH

Kilka spraw prak- Uproszczenia, cd. Symetria konstrukcji. Zasada nr 1. Uwzględniamy symetrię. Nawet jeżeli jej nie ma:-)

Modele materiałów

Drgania układu o wielu stopniach swobody

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2015/2016

1. Pojazdy i maszyny robocze 2. Metody komputerowe w projektowaniu maszyn 3. Inżynieria produkcji Jednostka prowadząca

Symulacja Analiza_stopa_plast

Spis treści Rozdział I. Membrany izotropowe Rozdział II. Swobodne skręcanie izotropowych prętów pryzmatycznych oraz analogia membranowa

Wyznaczenie reakcji belki statycznie niewyznaczalnej

Symulacja Analiza_belka_skladan a

Metoda elementów brzegowych

AiR_WM_3/11 Wytrzymałość Materiałów Strength of Materials

UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

Treści programowe przedmiotu

Zaawansowane metody numeryczne

MATEMATYKA WYKAZ UMIEJĘTNOŚCI WYMAGANYCH NA POSZCZEGÓLNE OCENY DLA KLASY DRUGIEJ

Symulacja Analiza_wytrz_os_kol o_prz

1. Silos Strona:1 Dla danego układu wyznaczyć MTN metodą sił Rys. Schemat układu ...

Elementy Projektowania Inżynierskiego CALFEM Wybrane funkcje.

Interpolacja. Układ. x exp. = y 1. = y 2. = y n

Doświadczalne sprawdzenie twierdzeń Bettiego i Maxwella LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

Przykład 1.8. Wyznaczanie obciąŝenia granicznego dla układu prętowego metodą kinematyczną i statyczną

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu MECHANIKA I BUDOWA MASZYN Studia pierwszego stopnia

Symulacja Analiza_wytrz_kor_ra my

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2015/16

Symulacja Analiza_moc_kosz_to w

Symulacja Analiza_rama

TARCZE PROSTOKĄTNE Charakterystyczne wielkości i równania

; B = Wykonaj poniższe obliczenia: Mnożenia, transpozycje etc wykonuję programem i przepisuję wyniki. Mam nadzieję, że umiesz mnożyć macierze...

Transkrypt:

MES Część I Najprostszy na świecie przykład rozwiązania zagadnienia za pomocą MES Dwie sprężyny Siły zewnętrzne i wewnętrzne działające na element A B R F F + R, u A R f f F R + f, f + f, f + F, u A Równania równowagi + umocowanie f f f f f R, f + f f F, Relację pomiędzy siłami zewnętrznymi i wewnętrznymi Wnioski Wprowadzenie sił wewnętrznych pozwala zapisać równanie równowagi w każdym złączu Mamy problem - równania zawierają siły, a warunek umocowania - przemieszczenia Everything important is simple! odstawowe zasady MES Dzielimy konstrukcję na proste fragmenty (analogia klocki Lego, cegły), które nazywamy elementami skończonymi (ES). ES są połączone w węzłach Rozwiązujemy zagadnienie dla każdego ES, czyli ustalamy (zwykle w sposób bardzo przybliżony) relacje pomiędzy siłami a przemieszczeniami w węzłach Rozwiązujemy całe zagadnienie poprzez na przykład zadowalanie warunków równowagi oraz warunków brzegowych w węzłach. W wyniku tego wyznaczamy przemieszczenia w węzłach Dla każdego ES, w oparciu o przemieszczenia w węzłach, wyznaczamy siły działające na niego, odkształcenia, naprężenia, itp.

owtórka: Dlaczego wyznaczamy i przemieszczenia, i siły w węzłach?. Wyznaczyć same siły nie ma możliwości, bo praktycznie każde realne zagadnienie jest zagadnieniem statycznie niewyznaczalnym. Część warunków brzegowych (np. zamocowanie) jest wyrażone przez przemieszczenia. rzemieszczenia same w sobie interesują inżynierów, a poza tym w relatywnie prosty sposób (poprzez różniczkowanie) one są powiązane z odkształceniami, z których wyznaczamy naprężenia Najprostszy ES sprężyna x i f i k j f j u i u j odstawowe parametry Znane są numery węzłów: i, j Znana jest sztywność: k (N/m, kg/mm) Nie znane lub znane przemieszczenia w węzłach: u i, u j (m, mm) Nie znane lub znane siły w węzłach: f i, f j (N, kg) Relacja siła przemieszczenia f k(u j u i ) k, gdzie u j u i Warunek równowagi f i + f j f j f i f Równania równowagi w każdym z węzłów ( jednakowych równania) f i f k(u j u i ) ku i ku j () f j f k(u j u i ) ku i + ku j () Ten sam układ równań w postaci macierzowej [ ] [ ] [ ] [ ] k k ui ui k k k albo ku f, gdzie u j u j [ fi f j ] () k macierz sztywności elementu u wektor przemieszczeń f wektor obciążenia Właściwości macierzy sztywności. k jest macierzą symetryczną. k. Co to oznacza matematycznie i fizycznie? 4.. --8 I.Rokach, 5 8

Jedna sprężyna zamocowana x k u u Załóżmy, że u,. Musimy wyznaczyć przemieszczenia u, oraz siłę reakcji F. Uwaga: mamy układ równań z niewiadomymi, po jednym w każdym wierszu [ ] [ [ ] k k F (4) k k u] k k u F k + k u ku F ku Rozwiązanie u /k, F Układ z dwóch sprężyn F F x k k F F u u u f f f f Dla każdej ze sprężyn [ ] [ ] [ ] k k u f k k u f [ ] [ ] [ ] k k u f k k u gdzie f e i wewnętrzna siłą, działającą w węźle o lokalnym numerze i w ES numer e Ogólny układ równań Warunek równowagi układu: w każdym węźle siła zewnętrzna (F i ) jest równa sumie sił wewnętrznych (f e j ) f (5) (6) co daje F f, f + f, F f albo KU F F f k u k u +u f + f k u +k u + k u k u F f u k u +k u k k k k + k k k k u u F (7) u F 4.. --8 I.Rokach, 5 8

Ogólny układ równań - inna metoda Rozszerzamy macierzy sztywności każdego z ES. Dla pierwszego elementu równania w postaci macierzowej i tradycyjnej k k k k u u f f u k u k u + u f k u + k u + u f u + u + u Tu kolorem szarym pokazano sztucznie dołożone elementy zerowe. Dla drugiego elementu k k u u f k k u f o dodaniu tych dwóch układów stronami otrzymujemy ten sam wynik, co wcześniej. k k u f k k + k k u f + f k k u f UWAGA: Numeracja węzłów jest istotna! x k k F F u u u Nowe macierze elementów i nowy układ równań k k k k k k Nowy układ równań k k k k k k u F k k u k k k + k u F rzykładowe zadanie x k k u u u Załóżmy, że u, F. Musimy wyznaczyć przemieszczenia u, u oraz siłę reakcji F. Uwaga: mamy układ równań z niewiadomymi, po w każdym wierszu k k k k + k k k k u u F (8) k k u + u F k + (k + k )u k u k u + k u k u F [ ] [ ] [ (k + k ) k u k k u ] 4.. --8 I.Rokach, 5 8 4

k u F [ (k + k ) k k + k ] [ ] [ ] u + k k u k u F k u k u + k u Rozwiązanie u /k, u /k + /k, F Schemat działania k k f f k f f k u u u u k u f k u f Wyznaczamy k i f f k f f k [k ] [k ] u u u u k u f k u f Wyznaczamy siły w elementach u, F? u? u? Ku F Wyznaczamy F, u, u A jak jest naprawdę? Wytrzymałość materiałów MES (oś) MES (powierzchnia) Rozkład naprężeń osiowych w środku i na powierzchni konstrukcji Łatwo zobaczyć, że przewidywania klasycznej wytrzymałości są prawidłowe na jakieś odległości od strefy gwałtownej zmiany kształtu konstrukcji. Zwykle strefa ta ma długość od,5 do jednego promienia odpowiedniej części cylindra. Gdyby w tej strefie naprężenia łagodnie zmieniały bym się od wyższych dla cienkiego cylindra ku niższym dla grubego cylindra nic złego we wzorach wytrzymałości bym nie było. Niestety w wierzchołku karbu mamy strefę wysokich naprężeń, która pozostanie tam nawet jeżeli go zaokrąglimy. Właśnie w takich strefach powstają pęknięcia. (Nieco) bardziej skomplikowany przykład Opis zagadnienia 4.. --8 I.Rokach, 5 8 5

x k k k 4 Dane wyjściowe k N/mm, k N/mm, k N/mm, u, 4 N, u 4 mm Co wyznaczamy?. rzemieszczenia w węzłach,. Reakcje w węzłach, 4. Siły wewnętrzne we wszystkich sprężynach Macierze sztywności Macierze sztywności elementów [ k ] k [ ] k [ ] Globalna macierz sztywności K + + Ogólny układ równań Wyjściowy układ równań F u u { }4 { } F 4 u + u + F + u u + u + u 4 + u u + F 4 u F u u u + u 4 u + F 4 u F u u u + u 5 u F 4 Końcowy układ równań u F [ ] [ ] [ ] u u 4 + u + F 4 u F [ ] [ ] [ ] u 4 + u u + F 4 4.. --8 I.Rokach, 5 8 6

u F [ ] [ ] [ ] u 5, + u ( u ) F 4 u F [ ] [ ] [ ] u 5 u ( u ) F 4 Rozwiązanie rzemieszczenia i reakcje u /5 mm, u u / mm F u N, F 4 ( u ) N - N 4 N - N x mm mm 4 mm Siły w elementach. Sprawdzenie poprawności obliczonych wartości reakcji: 4--. Dla każdej sprężyny: ściskana czy rozciągana?. Sprężyna nr jest rozciągana siłą N. Dlaczego? [ ] [ ] [ ] [ [ ] u u ] + [ ] f [ ] f 4. Sprężyna nr jest ściskana siłą N. Dlaczego? [ ] [ ] [ ] [ [ ] u u 4 ] + [ ] f [ ] f 5. Dla sprężyny nr : [ ] [ u u ] [ ] f f f 4 6 N f rocedura agregacji jeszcze raz k k x k + k k k k k k k + k + k 4 k k 4 k k k 4 k 4 k 4 k u u u 4 5 4 F 5 4.. --8 I.Rokach, 5 8 7

Literatura. Yijun Liu. Introduction to finite element method. Lecture Notes. University of Cincinnati, 998. Wykład został opracowany w LATEXe za pomocą klasy BEAMER, graficznego pakietu GF/TikZ i pakietu do tworzenia wykresów GFLOTS. Zanim wydrukujesz pomyśl o środowisku. Jedna kartka ml wody + g drewna + r CO Before printing think about environment. One page ml water + g wood + g CO. 4.. --8 I.Rokach, 5 8 8