在编写等参元有限元程序时,您需要考虑以下几个步骤: 定义网格。使用网格生成函数(例如 meshgrid)在指定的区域内构建等参元网格。 定义单元。对于等参元问题,通常使用三角形或四边形单元。您需要指定单元的节点编号和单元形状函数。 定义坐标变换。对于等参元单元,您需要指定将本地坐标系转换为全局坐标系的坐标变换函数。 计算单元刚度矩阵。在进行单元刚度矩阵计算之前,您需要确定单元的材料性质和单元的形状函数。 建立全局刚度矩阵。通过将所有单元的刚度矩阵按节点编号的对应关系进行组装,可以得到全局刚度矩阵。 求解线性方程组。使用矩阵分解或高斯消元法求解全局刚度矩阵方程组。请根据以上内容,编写等参元的matlab有限元程序的代码
时间: 2023-01-15 11:14:01 浏览: 346
在编写等参元有限元程序时,需要按照以下步骤进行:
1. 定义网格。使用网格生成函数(例如 meshgrid)在指定的区域内构建等参元网格。例如,可以使用以下代码定义网格:
```
[x,y] = meshgrid(0:0.1:1,0:0.1:1);
```
2. 定义单元。对于等参元问题,通常使用三角形或四边形单元。您需要指定单元的节点编号和单元形状函数。例如,可以使用以下代码定义三角形单元:
```
elements = [1 2 3; 4 5 6]; % 定义单元的节点编号
nodes = [0 0; 1 0; 0 1; 1 1]; % 定义节点的坐标
% 定义单元形状函数
shape_fun = @(xi,eta) [xi eta 1-xi-eta];
```
3. 定义坐标变换。对于等参元单元,您需要指定将本地坐标系转换为全局坐标系的坐标变换函数。例如,可以使用以下代码定义坐标变换函数:
```
% 定义坐标变换函数
coord_trans = @(xi,eta) nodes * shape_fun(xi,eta)';
```
4. 计算单元刚度矩阵。在进行单元刚度矩阵计算之前,您需要确定单元的材料性质和单元的形状函数。
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1. 定义网格。使用网格生成函数(例如 meshgrid)在指定的区域内构建等参元网格。
2. 定义单元。对于等参元问题,通常使用三角形或四边形单元。您需要指定单元的节点编号和单元形状函数。
3. 定义坐标变换。对于等参元单元,您需要指定将本地坐标系转换为全局坐标系的坐标变换函数。
4. 计算单元刚度矩阵。在进行单元刚度矩阵计算之前,您需要确定单元的材料性质和单元的形状函数。
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以下是用 MATLAB 编写四边形八节点等参单元的有限元分析代码的基本步骤:
1. 网格生成:生成四边形网格并确定每个节点的坐标。
2. 单元划分:将四边形网格划分为四边形八节点等参单元。
3. 边界条件的处理:根据实际问题确定边界条件,对节点编号进行处理。
4. 刚度矩阵的计算:根据等参单元的刚度矩阵计算总刚度矩阵。
5. 负载向量的计算:根据实际问题确定节点的负载向量。
6. 求解方程组:将负载向量和总刚度矩阵带入到方程组中求解。
7. 后处理:计算应变和应力等结果,并进行可视化显示。
下面是一个简单的四边形八节点等参单元的有限元分析代码示例:
```matlab
% 网格生成
x = linspace(0, 1, 11);
y = linspace(0, 1, 11);
[X, Y] = meshgrid(x, y);
node = [(X(:)) Y(:)]; % 节点坐标
% 单元划分
nElement = (length(x) -1) * (length(y) -1); % 单元个数
element = zeros(nElement, 8); % 存储单元节点编号
for i = 1 : nElement
ix = mod(i-1, length(x)-1) + 1; % 节点编号
iy = floor((i-1)/(length(x)-1)) + 1;
element(i, :) = [ix, ix+1, (iy-1)*length(x)+ix+1, (iy-1)*length(x)+ix, ...
ix+(iy)*length(x), ix+1+(iy)*length(x), (iy)*length(x)+ix+1, (iy)*length(x)+ix];
end
% 边界条件的处理
fixedNode = unique([1:length(x), length(x):length(x):(length(x)*length(y)), ...
(length(x)*length(y)-length(x)+1):length(x)*length(y), 1:length(x):(length(x)*length(y)), ...
1+length(x):(length(x)*length(y)), 2*length(x):length(x):(length(x)*length(y)-length(x))]);
freeNode = setdiff(1:size(node, 1), fixedNode);
% 刚度矩阵的计算
Ke = quad8_stiffness_matrix(); % 四边形八节点等参单元刚度矩阵
K = zeros(length(node)*2);
for i = 1:nElement
idx = element(i, :);
x = node(idx, 1); y = node(idx, 2);
B = quad8_strain_disp(x, y); % 四边形八节点等参单元应变矩阵
K(idx*2-1, idx*2-1) = K(idx*2-1, idx*2-1) + B'*Ke*B;
end
% 负载向量的计算
F = zeros(length(node)*2, 1);
F(end-1) = -1; % 在右下角施加一个力
% 求解方程组
u = zeros(length(node)*2, 1);
u(freeNode*2-1) = K(freeNode*2-1, freeNode*2-1) \ F(freeNode*2-1);
% 后处理
xx = reshape(node(:, 1)+u(1:2:end), size(X));
yy = reshape(node(:, 2)+u(2:2:end), size(Y));
tri = delaunay(node(:, 1)+u(1:2:end), node(:, 2)+u(2:2:end));
figure
trisurf(tri, xx, yy, zeros(size(xx)), 'FaceColor', 'interp', 'EdgeColor', 'none');
view(2); axis equal; colorbar; title('位移场');
B = zeros(nElement, 3*8); % 四边形八节点等参单元应变矩阵
for i = 1:nElement
idx = element(i, :);
x = node(idx, 1)+u(idx*2-1);
y = node(idx, 2)+u(idx*2);
B(i, :) = quad8_strain_disp(x, y); % 四边形八节点等参单元应变矩阵
end
stress = B * u(1:2:end-1); % 应力
figure
trisurf(tri, xx, yy, stress, 'FaceColor', 'interp', 'EdgeColor', 'none');
view(2); axis equal; colorbar; title('应力场');
```
其中,`quad8_stiffness_matrix()` 和 `quad8_strain_disp()` 函数分别用于计算四边形八节点等参单元的刚度矩阵和应变矩阵。
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