四点高斯求积法计算四边形单元的刚度矩阵matlab

时间: 2023-09-11 14:10:16 浏览: 45
以下是使用四点高斯求积法计算四边形单元的刚度矩阵的 Matlab 代码: ```matlab % 定义四个高斯积分点及其对应的权重 gauss_points = [-0.8611363116, -0.3399810436, 0.3399810436, 0.8611363116]; gauss_weights = [0.3478548451, 0.6521451549, 0.6521451549, 0.3478548451]; % 定义本地坐标系下的节点坐标 x1 = 0; y1 = 0; x2 = 1; y2 = 0; x3 = 1; y3 = 1; x4 = 0; y4 = 1; % 定义材料参数和厚度 E = 210e9; % 弹性模量 nu = 0.3; % 泊松比 t = 0.01; % 厚度 % 定义形函数的导数 syms r s N1 = (1-r)*(1-s)/4; N2 = (1+r)*(1-s)/4; N3 = (1+r)*(1+s)/4; N4 = (1-r)*(1+s)/4; dN1_dr = diff(N1, r); dN1_ds = diff(N1, s); dN2_dr = diff(N2, r); dN2_ds = diff(N2, s); dN3_dr = diff(N3, r); dN3_ds = diff(N3, s); dN4_dr = diff(N4, r); dN4_ds = diff(N4, s); % 初始化刚度矩阵和节点坐标矩阵 K = zeros(8, 8); node_coords = [x1, y1; x2, y2; x3, y3; x4, y4]; % 进行高斯积分 for i = 1:length(gauss_points) for j = 1:length(gauss_points) r = gauss_points(i); s = gauss_points(j); w = gauss_weights(i) * gauss_weights(j); % 计算雅可比矩阵和其行列式 J = [dN1_dr, dN2_dr, dN3_dr, dN4_dr; dN1_ds, dN2_ds, dN3_ds, dN4_ds] * node_coords; detJ = det(J); % 计算形函数的导数在实际坐标系下的值 dN_dx = inv(J) * [dN1_dr, dN2_dr, dN3_dr, dN4_dr; dN1_ds, dN2_ds, dN3_ds, dN4_ds]; dN_dy = inv(J) * [dN1_ds, dN2_ds, dN3_ds, dN4_ds; dN1_dr, dN2_dr, dN3_dr, dN4_dr]; % 计算B矩阵和刚度矩阵的贡献 B = zeros(3, 8); B(1, 1:2:end) = dN_dx; B(2, 2:2:end) = dN_dy; B(3, 1:2:end) = dN_dy; B(3, 2:2:end) = dN_dx; K = K + B' * E * t * B * detJ * w; end end ``` 上述代码中,首先定义了四个高斯积分点及其对应的权重。然后定义了本地坐标系下的节点坐标和材料参数。接着使用符号计算工具定义了形函数的导数。然后初始化刚度矩阵和节点坐标矩阵。最后进行双重循环,使用高斯积分计算刚度矩阵的贡献。在每个高斯积分点上,首先计算雅可比矩阵和其行列式,然后计算形函数的导数在实际坐标系下的值,最后计算B矩阵和刚度矩阵的贡献。

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