横梁杆件的有限元分析代码C语言
时间: 2023-06-13 20:06:42 浏览: 48
下面是一份简单的横梁杆件的有限元分析代码,使用C语言编写。其中包含了杆件的刚度矩阵计算、节点位移的求解、载荷向量的处理等基本功能。
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#define MAX_NODES 100 // 最大节点数
#define MAX_ELEMENTS 100 // 最大元素数
typedef struct {
int node1, node2; // 杆件的两个节点
double length; // 杆件的长度
double area; // 杆件的截面积
double modulus; // 材料的弹性模量
} Element;
typedef struct {
double x, y; // 节点的坐标
int fixed; // 是否为固定节点
double load; // 节点的外力
double displacement; // 节点的位移
} Node;
Element elements[MAX_ELEMENTS];
Node nodes[MAX_NODES];
double stiffness[MAX_NODES][MAX_NODES]; // 总刚度矩阵
double displacement[MAX_NODES]; // 位移向量
double load[MAX_NODES]; // 载荷向量
int num_elements = 0;
int num_nodes = 0;
// 计算杆件的刚度矩阵
void calculate_stiffness_matrix(Element e, double k[MAX_NODES][MAX_NODES])
{
double l = e.length;
double a = e.area;
double m = e.modulus;
double c = cos(atan((nodes[e.node2].y - nodes[e.node1].y) / (nodes[e.node2].x - nodes[e.node1].x)));
double s = sin(atan((nodes[e.node2].y - nodes[e.node1].y) / (nodes[e.node2].x - nodes[e.node1].x)));
k[e.node1][e.node1] += m * a / l * c * c;
k[e.node1][e.node2] += m * a / l * c * s;
k[e.node2][e.node1] += m * a / l * c * s;
k[e.node2][e.node2] += m * a / l * s * s;
}
// 处理节点的边界条件和载荷
void process_nodes()
{
int i;
for (i = 0; i < num_nodes; i++) {
if (nodes[i].fixed) {
stiffness[i][i] = 1.0;
load[i] = 0.0;
} else {
load[i] = nodes[i].load;
}
}
}
// 解出节点的位移
void solve_displacement()
{
int i, j, k;
for (k = 0; k < num_nodes; k++) {
for (i = k + 1; i < num_nodes; i++) {
double factor = stiffness[i][k] / stiffness[k][k];
for (j = k; j < num_nodes; j++) {
stiffness[i][j] -= factor * stiffness[k][j];
}
load[i] -= factor * load[k];
}
}
for (i = num_nodes - 1; i >= 0; i--) {
displacement[i] = load[i] / stiffness[i][i];
for (j = i - 1; j >= 0; j--) {
load[j] -= stiffness[j][i] * displacement[i];
}
}
}
// 输出节点的位移和反应力
void output_results()
{
int i;
for (i = 0; i < num_nodes; i++) {
printf("Node %d: displacement=%f, reaction=%f\n", i, displacement[i], stiffness[i][num_nodes]);
}
}
int main()
{
int i;
// 定义节点
nodes[0].x = 0.0;
nodes[0].y = 0.0;
nodes[0].fixed = 1;
nodes[1].x = 0.0;
nodes[1].y = 2.0;
nodes[1].load = 10.0;
nodes[2].x = 4.0;
nodes[2].y = 2.0;
nodes[3].x = 4.0;
nodes[3].y = 0.0;
nodes[3].fixed = 1;
num_nodes = 4;
// 定义杆件
elements[0].node1 = 0;
elements[0].node2 = 1;
elements[0].length = 2.0;
elements[0].area = 1.0;
elements[0].modulus = 1.0;
elements[1].node1 = 1;
elements[1].node2 = 2;
elements[1].length = 4.0;
elements[1].area = 1.0;
elements[1].modulus = 1.0;
elements[2].node1 = 2;
elements[2].node2 = 3;
elements[2].length = 2.0;
elements[2].area = 1.0;
elements[2].modulus = 1.0;
num_elements = 3;
// 计算总刚度矩阵
for (i = 0; i < num_elements; i++) {
calculate_stiffness_matrix(elements[i], stiffness);
}
// 处理节点的边界条件和载荷
process_nodes();
// 解出节点的位移
solve_displacement();
// 输出节点的位移和反应力
output_results();
return 0;
}
```
这份代码仅供参考,实际的有限元分析程序需要更加复杂和完善。
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