用matlab写一段圆柱体受净应力的有限元分析

时间: 2023-07-31 21:05:51 浏览: 100
好的,以下是一个简单的圆柱体受净应力的有限元分析的Matlab代码: ```matlab % 圆柱体受净应力的有限元分析 % 定义圆柱体尺寸和材料属性 r = 0.1; % 圆柱体半径 h = 0.2; % 圆柱体高度 E = 200e9; % 弹性模量 nu = 0.3; % 泊松比 F = 1000; % 施加的力 % 定义有限元网格 nr = 10; % 圆柱体半径方向网格数 nh = 20; % 圆柱体高度方向网格数 [rr, hh] = meshgrid(linspace(r, r+h/nh, nr+1), linspace(0, h, nh+1)); nodes = [rr(:), hh(:)]; elements = delaunay(nodes); % 计算单元刚度矩阵和全局刚度矩阵 K = zeros(2*(nr+1)*(nh+1), 2*(nr+1)*(nh+1)); for e = 1:size(elements, 1) % 获取单元节点编号 n1 = elements(e, 1); n2 = elements(e, 2); n3 = elements(e, 3); % 获取单元节点坐标 x1 = nodes(n1, 1); y1 = nodes(n1, 2); x2 = nodes(n2, 1); y2 = nodes(n2, 2); x3 = nodes(n3, 1); y3 = nodes(n3, 2); % 计算单元刚度矩阵 Ke = get_element_stiffness_matrix(x1, y1, x2, y2, x3, y3, E, nu); % 装配单元刚度矩阵到全局刚度矩阵 K([2*n1-1, 2*n1, 2*n2-1, 2*n2, 2*n3-1, 2*n3], [2*n1-1, 2*n1, 2*n2-1, 2*n2, 2*n3-1, 2*n3]) = ... K([2*n1-1, 2*n1, 2*n2-1, 2*n2, 2*n3-1, 2*n3], [2*n1-1, 2*n1, 2*n2-1, 2*n2, 2*n3-1, 2*n3]) + Ke; end % 施加边界条件 fixed_nodes = find(nodes(:,1)==r); fixed_dofs = [2*fixed_nodes-1; 2*fixed_nodes]; K(fixed_dofs,:) = 0; K(:,fixed_dofs) = 0; K(fixed_dofs,fixed_dofs) = eye(length(fixed_dofs))*1e30; % 计算位移和应力 u = K \ [zeros(length(K)-2*length(fixed_dofs), 1); F]; sxx = zeros(nr+1, nh+1); syy = zeros(nr+1, nh+1); sxy = zeros(nr+1, nh+1); for e = 1:size(elements, 1) % 获取单元节点编号 n1 = elements(e, 1); n2 = elements(e, 2); n3 = elements(e, 3); % 获取单元节点坐标 x1 = nodes(n1, 1); y1 = nodes(n1, 2); x2 = nodes(n2, 1); y2 = nodes(n2, 2); x3 = nodes(n3, 1); y3 = nodes(n3, 2); % 计算单元位移 u_e = [u(2*n1-1); u(2*n1); u(2*n2-1); u(2*n2); u(2*n3-1); u(2*n3)]; % 计算单元应力 [sxx_e, syy_e, sxy_e] = get_element_stress(x1, y1, x2, y2, x3, y3, E, nu, u_e); % 装配单元应力到全局应力 sxx(n1, n2) = sxx(n1, n2) + sxx_e; syy(n1, n2) = syy(n1, n2) + syy_e; sxy(n1, n2) = sxy(n1, n2) + sxy_e; sxx(n2, n3) = sxx(n2, n3) + sxx_e; syy(n2, n3) = syy(n2, n3) + syy_e; sxy(n2, n3) = sxy(n2, n3) + sxy_e; sxx(n3, n1) = sxx(n3, n1) + sxx_e; syy(n3, n1) = syy(n3, n1) + syy_e; sxy(n3, n1) = sxy(n3, n1) + sxy_e; end % 绘制圆柱体应力分布图 figure; surf(rr, hh, sxx); title('Sxx'); xlabel('Radius'); ylabel('Height'); zlabel('Stress'); figure; surf(rr, hh, syy); title('Syy'); xlabel('Radius'); ylabel('Height'); zlabel('Stress'); figure; surf(rr, hh, sxy); title('Sxy'); xlabel('Radius'); ylabel('Height'); zlabel('Stress'); % 获取单元刚度矩阵函数 function Ke = get_element_stiffness_matrix(x1, y1, x2, y2, x3, y3, E, nu) A = 0.5 * abs(x1*y2 + x2*y3 + x3*y1 - x1*y3 - x2*y1 - x3*y2); % 计算单元面积 b = [y2-y3; y3-y1; y1-y2] / (2*A); c = [x3-x2; x1-x3; x2-x1] / (2*A); B = [b(1), 0, b(2), 0, b(3), 0; 0, c(1), 0, c(2), 0, c(3); c(1), b(1), c(2), b(2), c(3), b(3)]; D = E / (1 - nu^2) * [1, nu, 0; nu, 1, 0; 0, 0, (1-nu)/2]; Ke = A * B' * D * B; end % 获取单元应力函数 function [sxx, syy, sxy] = get_element_stress(x1, y1, x2, y2, x3, y3, E, nu, u_e) A = 0.5 * abs(x1*y2 + x2*y3 + x3*y1 - x1*y3 - x2*y1 - x3*y2); % 计算单元面积 b = [y2-y3; y3-y1; y1-y2] / (2*A); c = [x3-x2; x1-x3; x2-x1] / (2*A); B = [b(1), 0, b(2), 0, b(3), 0; 0, c(1), 0, c(2), 0, c(3); c(1), b(1), c(2), b(2), c(3), b(3)]; D = E / (1 - nu^2) * [1, nu, 0; nu, 1, 0; 0, 0, (1-nu)/2]; s = D * B * u_e; sxx = s(1); syy = s(2); sxy = s(3); end ``` 这段代码使用了三角剖分法生成了圆柱体的有限元网格,并计算了单元刚度矩阵和全局刚度矩阵。然后通过施加边界条件和施加力来求解位移,最终计算了圆柱体的应力分布。

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