Gelöste Aufgaben/Kw99: Unterschied zwischen den Versionen
Keine Bearbeitungszusammenfassung |
|||
Zeile 35: | Zeile 35: | ||
{{MyCodeBlock|title=Header | {{MyCodeBlock|title=Header | ||
|text= | |text= | ||
Diese Aufgabe mit der [[Randwertprobleme/Methoden zur Lösung von Randwertproblemen/Finite Elemente Methode|Methode der Finiten Elemente]] in [[Gelöste Aufgaben/Kw96|KW96]] gelöst. | Diese Aufgabe mit der [[Randwertprobleme/Methoden zur Lösung von Randwertproblemen/Finite Elemente Methode|Methode der Finiten Elemente]] in [[Gelöste Aufgaben/Kw96|KW96]] gelöst. Und im Vergleich zu [[Gelöste Aufgaben/Kw98|KW98]] wird hier die analytische Lösung mit dimensionslosen Koordinaten angeschreiben. | ||
|code= | |code= | ||
<syntaxhighlight lang="lisp" line start=1> | <syntaxhighlight lang="lisp" line start=1> | ||
Zeile 43: | Zeile 43: | ||
/* author: Andreas Baumgart */ | /* author: Andreas Baumgart */ | ||
/* last updated: 2017-09-06 */ | /* last updated: 2017-09-06 */ | ||
/* ref: TM-C, Labor 1 | /* ref: TM-C, Labor 1 - dimensionslos */ | ||
/* description | /* description: die Auslenkung w und die unabhängige */ | ||
/* | /* Ortskoordinate werden dim'los gemacht */ | ||
/*******************************************************/ | /*******************************************************/ | ||
</syntaxhighlight> | </syntaxhighlight> | ||
Zeile 53: | Zeile 53: | ||
{{MyCodeBlock|title=Declarations | {{MyCodeBlock|title=Declarations | ||
|text= | |text= | ||
Wir definieren | Wir definieren die Formfunktionen für die Streckenlast | ||
::<math>\begin{array}{l}{{\phi}_{0}}\left( \xi\right) :=1-\xi\\{{\phi}_{1}}\left( \xi\right) :=\xi\end{array} \text{ mit } \xi = \displaystyle\frac{x_1}{\ell_1}</math>. | |||
::<math>\begin{array}{l}{{\phi}_{0}}\left( \xi\right) :=1-\xi\\{{\phi}_{1}}\left( \xi\right) :=\xi\end{array}</math>. | |||
|code= | |code= | ||
<syntaxhighlight lang="lisp" line start=1> | <syntaxhighlight lang="lisp" line start=1> | ||
/* system parameter */ | /* system parameter */ | ||
params: [EI[2]=EI[1]/2, | |||
params : [ | K[A]=EI[1]/l[1], | ||
k[B]=0, | |||
k[C] = EI[1]/l[1]^3, | |||
q[B]=4*q[A], | |||
l[2]=l[1]/2, | |||
M[B] = 5*q[A]*l[1]^2]; | |||
/* form - functions */ | /* form - functions */ | ||
Zeile 78: | Zeile 72: | ||
}} | }} | ||
/* system parameter */ | |||
params: [EI[2]=EI[1]/2, | |||
K[A]=EI[1]/l[1], | |||
k[B]=0, | |||
k[C] = EI[1]/l[1]^3, | |||
q[B]=4*q[A], | |||
l[2]=l[1]/2, | |||
M[B] = 5*q[A]*l[1]^2]; | |||
/* form - functions */ | |||
phi[0](xi) := 1 - xi; | |||
phi[1](xi) := xi; | |||
<!--------------------------------------------------------------------------------> | |||
{{MyCodeBlock|title=Formfunctions | |||
|text= | |||
Y | |||
|code= | |code= | ||
<syntaxhighlight lang="lisp" line start=1> | <syntaxhighlight lang="lisp" line start=1> | ||
/ | Y</syntaxhighlight> | ||
}} | |||
<!--------------------------------------------------------------------------------> | <!--------------------------------------------------------------------------------> | ||
Für die 2*4 = 8 Integrationskonstanten | Für die 2*4 = 8 Integrationskonstanten | ||
Zeile 178: | Zeile 151: | ||
für die Integrationskonstanten. | für die Integrationskonstanten. | ||
{{MyCodeBlock|title=Boundary Conditions | |||
|text= | |||
|code= | |code= | ||
<syntaxhighlight lang="lisp" line start=1> | <syntaxhighlight lang="lisp" line start=1> |
Version vom 31. März 2021, 12:28 Uhr
Aufgabenstellung
Ein Stab ABC ist durch eine lineare veränderliche Streckenlast q mit den Eckwerten qA in A und qB in B sowie dem Moment MB in B belastet. Der Stab (E-Modul: E) besteht aus zwei Sektionen mit den Längen l1 bzw. l2 sowie den Flächenmomenten I1 bzw. I2. Der Stab ist in A durch ein gelenkiges Festlager, in C durch eine Schiebehülse gelagert, in B sind die beiden Sektionen fest miteinander verbunden. Die Feder in A ist eine Drehfester mit Steifigkeit KA, die Federn in B und C sind Translationsfedern mit den Steifigkeiten kB, kC.

Gesucht ist die analytische Lösung für den Euler-Bernoulli-Balken. Im Vergleich zu Kw98 wird hier eine Lösung mit normierten Koordinaten versucht.

Ermitteln Sie für ein Euler-Bernoulli-Modell die analytischen Verläufe der Schnittgrößen und Verschiebungen im Balken für diese Parameter:
Lösung mit Maxima
Die Aufgabe ist ein klassisches Randwertproblem:
- zwei Gebiete, in denen ein Euler-Bernoulli-Balken in AB und BC durch eine Streckenlast q belastet ist (in Bereich II ist die Streckenlast allerdings Null) und somit durch die Differentialbeziehungberschrieben wird.
- Rand- und Übergangsbedingungen in den Punkten A, B, C
Wir verwenden xi und ξi als Koordinaten je Bereich, in der Übersicht sieht das Randwertproblem so aus:
Rand A | Bereich I | Übergang B | Bereich II | Rand C |
---|---|---|---|---|
![]() | ![]() | |||
![]() | ![]() | ![]() |
Header
Diese Aufgabe mit der Methode der Finiten Elemente in KW96 gelöst. Und im Vergleich zu KW98 wird hier die analytische Lösung mit dimensionslosen Koordinaten angeschreiben.
Declarations
Wir definieren die Formfunktionen für die Streckenlast
- .
/* system parameter */
params: [EI[2]=EI[1]/2,
K[A]=EI[1]/l[1], k[B]=0, k[C] = EI[1]/l[1]^3, q[B]=4*q[A], l[2]=l[1]/2, M[B] = 5*q[A]*l[1]^2];
/* form - functions */ phi[0](xi) := 1 - xi; phi[1](xi) := xi;
Formfunctions
Y
Für die 2*4 = 8 Integrationskonstanten
suchen wir jetzt die passenden Gleichungen aus Rand- und Übergangsbedingungen.
Zur besseren Übersicht nennen wir die Schnitt-Momente und -Kräfte nach den jeweiligen Knotenpunkten A, B, C und fügen als Index ein + / - hinzu, um die Seite (+: rechts vom Knoten, -: links vom Knoten) zu kennzeichnen.
Aus Rand "A"
![]() | Geometrische Randbedingungen
Kraft- und Momenten-Randbedingungen |
Aus Übergang "B"
![]() | Geometrische Randbedingungen
Kraft- und Momenten-Randbedingungen |
Aus Rand "C"
![]() | Geometrische Randbedingungen
Kraft- und Momenten-Randbedingungen |
Und das liefert das Gleichungssystem aus 8 Gleichungen
für die Integrationskonstanten.
Boundary Conditions
Prepare for Solver
Das Gleichungssystem wollen wir als
schreiben, also
- Fehler beim Parsen (Unbekannte Funktion „\begin{pmatrix}“): {\displaystyle \begin{pmatrix}\frac{1}{{{\mathit{EI}}_{1}}} & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0\\ 0 & \frac{{{K}_{A}}}{{{\mathit{EI}}_{1}}} & -1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0\\ \frac{1}{{{\mathit{EI}}_{1}}} & \frac{{{\ell}_{{MyCodeBlock|title=Prepare for Solver |text= Das Gleichungssystem wollen wir als ::<math>\underline{\underline{A}}\cdot\underline{x}= \underline{b}}
schreiben, also
- Fehler beim Parsen (Unbekannte Funktion „\begin{pmatrix}“): {\displaystyle \begin{pmatrix}\frac{1}{{{\mathit{EI}}_{1}}} & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0\\ 0 & \frac{{{K}_{A}}}{{{\mathit{EI}}_{1}}} & -1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0\\ \frac{1}{{{\mathit{EI}}_{1}}} & \frac{{{\ell}_{{MyCodeBlock|title=Prepare for Solver |text= Das Gleichungssystem wollen wir als ::<math>\underline{\underline{A}}\cdot\underline{x}= \underline{b}}
schreiben, also
Die Matrix-Elemente sind für die Koeffizientenmatrix
und für die rechte Seite
- .
Solving
Das Lösen des Gleichungssystems liefert
- .
Post-Processing
Und die Ergebnisse können wir uns anschauen ...
... für w(x):

... für Φ(x):

... für M(x):

... für Q(x):

... für die Lager-Reaktionskräfte:
Links
- ...
Literature
- ...