【小呆的力学笔记】非线性有限元的初步认识【一】

文章目录

- 0. 有限元方法的诞生
- 1. 线性有限元的初步认识
- - 1.1 弹性力学概述
  - - 1.1.1 弹性力学基本假设
    - 1.1.2 平衡方程
    - 1.1.2.A 平衡方程的探讨
    - 1.1.3 几何方程
    - 1.1.3.A 几何方程的探讨
    - 1.1.4 本构方程
    - 1.1.4.A 本构方程的探讨
    - 1.1.5 边界条件
    - 1.1.5.A 边界条件的探讨
    - 1.1.6 线弹性力学的总结
    - 1.1.6 非线性有限元与线性有限元的区别点

0. 有限元方法的诞生

有限元方法是仿真模拟的重要方法，特别是在结构仿真中占据主导地位。从本质上来说，有限元方法和有限差分法等方法一样，都是一种求解物理方程的数值计算方法。计算机技术的迅猛发展使得数值仿真应用越来越广泛，有限元方法作为重要仿真工具内容也越来越丰富。
有限元方法从诞生之初就是为了方便求解工程实际中的力学问题。1943年，Courant最先尝试使用三角形区域的多项式函数来求解结构静力学和振动问题。1956年，波音公司工程师Turner等人系统性的研究了离散结构的单元刚度问题，同时率先应用这种离散方法正确处理了飞机结构工程中的实际问题。这种离散方法的成功应用激起了工程师的热情，越来越多的工程师使用这种方法处理结构分析问题、流体力学问题、热传导问题等各种工程问题。1960年，波音工程师Clough第一次将这种方法命名为“有限元方法”。
在工程应用的同时，数学家通过研究发现通过能量泛函的极值问题或加权残差法能够导出有限元方法，坚实了有限元方法的数学基础。有限元方法最早应用和发展的主要集中在线性问题，特别对于结构分析来说，大部分的工程实际结构都满足小变形假设，材料也工作在弹性范围，那么线性有限元就能够解决大部分的问题。
随着有限元应用越来越广泛，更多的应用场景不能通过线性有限元来分析模拟了，例如：汽车的碰撞问题，航空发动机叶片脱落问题，金属薄板的加工成型问题，橡胶等超弹性材料的受力变形问题等等。这些问题都需要用非线性有限元的方法来仿真模拟。

1. 线性有限元的初步认识

学习非线性有限元之前先复习线性有限元理论。线性有限元分析的力学基础是弹性力学，来复习一下弹性力学知识。

1.1 弹性力学概述

1.1.1 弹性力学基本假设

在弹性力学研究的范围内，先得明确五个基本假设：
（1）连续性假设：该假设认为在弹性力学研究的范畴内，物体呈现其宏观尺度上的连续性特性，事实上，所有物质本质上均为不连续，但在远大于粒子尺度上（强力和弱力作用范围 $10^{-15}$ 、 $10^{-18}$ ，远小于弹性力学研究范围），物质往往表现出连续性的特性。
（2）均匀性假设：该假设认为物体内材料处处均匀。事实上，这往往是不成立的，学过金属材料的都知道，金属作为多晶体物质，内部存在大大小小各异的晶粒，晶粒间还有晶界，还有成形过程中的析出相等等，所以材料肯定不是处处均匀。不过在弹性力学研究的范畴内，材料往往可以处理成处处均匀，也不至于很大误差。
（3）各向同性假设：该假设认为物体内各点的材料各方向的力学特性相同。这对很多金属材料适用。弹性力学仅仅是为了简化研究对象，本质上各项异性不影响弹性力学的研究。
（4）线弹性假设：该假设认为在弹性力学研究中的物体材料变形和受到的外力呈线性关系。这是限定弹性力学适用范围的条件一。
（5）小变形假设：该假设认为在弹性力学研究中物体的变形比较小，转动更小，变形前后物体的几何形状、尺寸和位置不至于发生较大的变化。这是限定弹性力学适用范围的条件二。

1.1.2 平衡方程

此外，还需要引入微元体作为研究对象，三维的微元体见下图，微元体的各边长为dx、dy、dz，其中微元体表面的法向与坐标正方向一致的都用黑色箭头和黑色字体，表面的法向与坐标负方向一致的都用蓝色箭头和字体，微元体面上的应力按照如下的规则定义。

$\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad$ 图1.1.1 微元体应力示意图
从牛顿第二定理（动量定理）可以列出微元体的平衡方程，如下所示：
$σxxx+dx,y,z)dydz−σxxx,y,z)dydz+τxyx,y+dy,z)dxdz−τxyx,y,z)dxdz+τxzx,y,z+dz)dxdy−τxzx,y,z)dxdy+bxdxdydz=ρu¨dxdydz1-1)\sigma_{xx}x+dx,y,z)dydz-\sigma_{xx}x,y,z)dydz + \tau_{xy}x,y+dy,z)dxdz – \tau_{xy}x,y,z)dxdz \\+ \tau_{xz}x,y,z+dz)dxdy – \tau_{xz}x,y,z)dxdy+b_xdxdydz= \rho \ddot udxdydz \tag{1-1}$
$τyxx+dx,y,z)dydz−τyxx,y,z)dydz+σyyx,y+dy,z)dxdz−σyyx,y,z)dxdz+τyzx,y,z+dz)dydz−τyzx,y,z)dydz+bydxdydz=ρv¨dxdydz1-2)\tau_{yx}x+dx,y,z)dydz – \tau_{yx}x,y,z)dydz +\sigma_{yy}x,y+dy,z)dxdz-\sigma_{yy}x,y,z)dxdz \\+ \tau_{yz}x,y,z+dz)dydz – \tau_{yz}x,y,z)dydz+b_ydxdydz= \rho \ddot vdxdydz \tag{1-2}$
$τzxx+dx,y,z)dydz−τzxx,y,z)dydz+τzyx,y+dy,z)dxdz−τzyx,y,z)dxdz+σzzx,y,z+dz)dxdy−σzzx,y,z)dxdy+bzdxdydz=ρw¨dxdydz1-3)\tau_{zx}x+dx,y,z)dydz – \tau_{zx}x,y,z)dydz + \tau_{zy}x,y+dy,z)dxdz – \tau_{zy}x,y,z)dxdz\\+\sigma_{zz}x,y,z+dz)dxdy-\sigma_{zz}x,y,z)dxdy+b_zdxdydz = \rho \ddot wdxdydz \tag{1-3}$
其中b为单位体积的体积力。选择上面第一个公式，将应力按一阶泰勒展开，则上式如下：

$σxxx,y,z)+∂σxxx,y,z)∂xdx)dydz−σxxx,y,z)dydz+τxyx,y,z)+∂τxyx,y,z)∂ydy)dxdz−τxyx,y,z)dxdz+τxzx,y,z)+∂τxzx,y,z)∂zdz)dxdy−τxzx,y,z)dxdy+bxdxdydz=ρu¨dxdydz1-4)\sigma_{xx}x,y,z)+\frac{\partial\sigma_{xx}x,y,z)}{\partial x}dx)dydz-\sigma_{xx}x,y,z)dydz + \\\tau_{xy}x,y,z)+\frac{\partial \tau_{xy}x,y,z)}{\partial y}dy)dxdz – \tau_{xy}x,y,z)dxdz + \\\tau_{xz}x,y,z)+\frac{\partial\tau_{xz}x,y,z)}{\partial z}dz)dxdy – \tau_{xz}x,y,z)dxdy\\+b_xdxdydz= \rho \ddot udxdydz \tag{1-4}$
经过整理，可以得到下式：
$∂σxxx,y,z)∂xdxdydz+∂τxyx,y,z)∂ydxdydz+∂τxzx,y,z)∂zdxdydz+bxdxdydz=ρu¨dxdydz1-5)\frac{\partial\sigma_{xx}x,y,z)}{\partial x}\cancel{dxdydz} + \frac{\partial \tau_{xy}x,y,z)}{\partial y}\cancel{dxdydz} + \frac{\partial\tau_{xz}x,y,z)}{\partial z}\cancel{dxdydz} +b_x\cancel{dxdydz}= \rho \ddot u\cancel{dxdydz} \tag{1-5}$
$∂σxxx,y,z)∂x+∂τxyx,y,z)∂y+∂τxzx,y,z)∂z+bx=ρu¨1-6)\frac{\partial\sigma_{xx}x,y,z)}{\partial x} + \frac{\partial \tau_{xy}x,y,z)}{\partial y} + \frac{\partial\tau_{xz}x,y,z)}{\partial z} +b_x= \rho \ddot u \tag{1-6}$
其他两个方向的平衡方程同样的方法可得下式：
$∂τyxx,y,z)∂x+∂σyyx,y,z)∂y+∂τyzx,y,z)∂z+by=ρv¨1-7)\frac{\partial\tau_{yx}x,y,z)}{\partial x} + \frac{\partial \sigma_{yy}x,y,z)}{\partial y} + \frac{\partial\tau_{yz}x,y,z)}{\partial z} +b_y= \rho \ddot v \tag{1-7}$
$∂τzxx,y,z)∂x+∂τzyx,y,z)∂y+∂σzzx,y,z)∂z+bz=ρw¨1-8)\frac{\partial\tau_{zx}x,y,z)}{\partial x} + \frac{\partial \tau_{zy}x,y,z)}{\partial y} + \frac{\partial\sigma_{zz}x,y,z)}{\partial z} +b_z= \rho \ddot w \tag{1-8}$

1.1.2.A 平衡方程的探讨

在建立微元体的平衡方程的过程中，我们实际上是假设应力等物理量是随着物质空间连续变化的，也就是说在平衡方程的构建中我们使用了连续性假设。

1.1.3 几何方程

观察微元体在受力前后的变形，见下图，其中黑色微元体为变形前，蓝色微元体为变形后，变形后微元体在三个坐标面上的投影见下图。

$\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad$ 图1.1.2 微元体变形前后示意图

$\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad$ 图1.1.3 变形前后微元体投影截面示意图

特别的以微元体变形前后在XOY面上的投影为例，定义x、y方向上的相对伸长量为
$εxx=P′A′−PAPA=∂u∂xdxdx=∂u∂x1-9)\varepsilon_{xx}=\frac{P^{'}A^{'}-PA}{PA}=\frac{\frac{\partial u}{\partial x}dx}{dx}=\frac{\partial u}{\partial x} \tag{1-9}$
$εyy=P′B′−PBPB=∂v∂ydydy=∂v∂y1-10)\varepsilon_{yy}=\frac{P^{'}B^{'}-PB}{PB}=\frac{\frac{\partial v}{\partial y}dy}{dy}=\frac{\partial v}{\partial y} \tag{1-10}$
边线的夹角变化
$P^{'}A^{'}$ 与 $P A$ 的夹角为
$α=v+∂v∂xdx)−vdx=∂v∂x1-11)\alpha=\frac{v+\frac{\partial v}{\partial x}dx)-v}{dx}=\frac{\partial v}{\partial x} \tag{1-11}$
$P^{'}B^{'}$ 与 $PB$ 的夹角为
$β=u+∂u∂ydy)−udy=∂u∂y1-12)\beta=\frac{u+\frac{\partial u}{\partial y}dy)-u}{dy}=\frac{\partial u}{\partial y} \tag{1-12}$
边线的夹角为两者的总和
$γxy=α+β=∂v∂x+∂u∂y1-13)\gamma_{xy}=\alpha+\beta=\frac{\partial v}{\partial x}+\frac{\partial u}{\partial y} \tag{1-13}$
综上，微元体变形前后在XOY面上的变形量相对伸长量和夹角)与位移的关系式如下
${εxx=∂u∂xεyy=∂v∂yγxy=∂v∂x+∂u∂y1-14)\begin{cases} \varepsilon_{xx}=\frac{\partial u}{\partial x} \\ \varepsilon_{yy}=\frac{\partial v}{\partial y} \\ \gamma_{xy}=\frac{\partial v}{\partial x}+\frac{\partial u}{\partial y}\\ \end{cases} \tag{1-14}$
微元体变形前后在YOZ面上的变形量相对伸长量和夹角)与位移的关系式如下
${εyy=∂v∂yεzz=∂w∂zγyz=∂w∂y+∂v∂z1-15)\begin{cases} \varepsilon_{yy}=\frac{\partial v}{\partial y} \\ \varepsilon_{zz}=\frac{\partial w}{\partial z} \\ \gamma_{yz}=\frac{\partial w}{\partial y}+\frac{\partial v}{\partial z}\\ \end{cases} \tag{1-15}$
微元体变形前后在XOZ面上的变形量相对伸长量和夹角)与位移的关系式如下
${εxx=∂u∂xεzz=∂w∂zγzx=∂w∂x+∂u∂z1-16)\begin{cases} \varepsilon_{xx}=\frac{\partial u}{\partial x} \\ \varepsilon_{zz}=\frac{\partial w}{\partial z} \\ \gamma_{zx}=\frac{\partial w}{\partial x}+\frac{\partial u}{\partial z}\\ \end{cases} \tag{1-16}$
综上所述，微元体的所有方向的变形量与位移的关系如下
${εxx=∂u∂xεyy=∂v∂yεzz=∂w∂zγxy=∂v∂x+∂u∂yγyz=∂w∂y+∂v∂zγzx=∂w∂x+∂u∂z1-17)\begin{cases} \varepsilon_{xx}=\frac{\partial u}{\partial x} \\ \varepsilon_{yy}=\frac{\partial v}{\partial y} \\ \varepsilon_{zz}=\frac{\partial w}{\partial z} \\ \gamma_{xy}=\frac{\partial v}{\partial x}+\frac{\partial u}{\partial y}\\ \gamma_{yz}=\frac{\partial w}{\partial y}+\frac{\partial v}{\partial z}\\ \gamma_{zx}=\frac{\partial w}{\partial x}+\frac{\partial u}{\partial z}\\ \end{cases} \tag{1-17}$
这种相对变形量我们称为应变。

1.1.3.A 几何方程的探讨

实际上，在几何方程中的线应变的度量是有条件的，我们观察下述案例

$\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad$ 图1.1.4 某微元体仅转动 $θ\theta$ 示意图
假设P点坐标为0,0)，A点坐标为dx,0)， $A^{'}$ 点坐标为
$[xy]=[cos⁡θ−sin⁡θsin⁡θcos⁡θ]⋅[dx0]1-18)\left[ \begin{matrix} x\\ y \end{matrix} \right]= \left[ \begin{matrix} \cos\theta & -\sin\theta\\ \sin\theta & \cos\theta \end{matrix} \right]\cdot\left[ \begin{matrix} dx\\ 0 \end{matrix} \right] \tag{1-18}$
那么由于转动了 $θ\theta$ 角度后，引起的x方向的线应变为
$εx=δdx=cos⁡θdx−dxdx=cos⁡θ−1≈1−θ22+Oθ4)−1≈−θ221-19)\varepsilon_{x}=\frac{\delta}{dx} = \frac{\cos\theta dx-dx}{dx}=\cos\theta-1\approx1-\frac{\theta^2}{2}+O\theta^4)-1\approx-\frac{\theta^2}{2}\tag{1-19}$
上述计算发现，就算变形体内的线段没有发生拉伸或者压缩，只要线段发生了转动，对应的线段各方向就存在线应变，这显然是不合适的，但是对于小变形和小转动情况下，我们的线应变度量采用如上公式事实上也是可行的。上式说明在小转动情况下转动角度引起的线应变的误差是转动角度的二次方量，如果感兴趣的应变量级是 $10^{-2}$ ，那么1%的误差是能够接受的，这样的转动角度量级为 $10^{-2}$ ，引起的应变误差按（1-19）式计算为 $10^{-4}$ 量级。在大多数实际的结构分析中，一般的变形转动角度都非常小，基本能够满足应变精度。
但是我们主要要知道，线弹性力学中的线性应变度量实际上是默认在小变形和小转动情况下才能够成立的，这也是非线性有限元与线性有限元的主要区别点。

1.1.4 本构方程

材料的物理方程也叫本构方程是描述应力与应变（相对变形量）的关系。本文现在讨论的应力与应变的关系是限定在各向同性和线弹性的范畴内，这样的关系总体遵循广义胡克定律。
单向胡克定律，如下式：
$σx=E⋅εx1-20)\sigma_{x}=E\cdot \varepsilon_{x} \tag{1-20}$
再有泊松比的定义，可得Y和Z方向上的应力导致X方向的附加应变，遵循以下关系式：
${μ=−εxyεyμ=−εxzεz1-21)\begin{cases} \mu = -\frac{\varepsilon_x^y}{\varepsilon_y}\\ \mu = -\frac{\varepsilon_x^z}{\varepsilon_z}\\ \end{cases} \tag{1-21}$
其中
${εy=σyEεz=σzE1-22)\begin{cases} \varepsilon_y=\frac{\sigma_{y}}{E}\\ \varepsilon_z=\frac{\sigma_{z}}{E}\\ \end{cases} \tag{1-22}$
那么有
$εx=σxE−μσyE+σzE)1-23)\varepsilon_x=\frac{\sigma_{x}}{E}-\mu\frac{\sigma_{y}}{E}+\frac{\sigma_{z}}{E}) \tag{1-23}$
同理，可得Y和Z方向的另外两个公式
${εy=σyE−μσxE+σzE)εz=σzE−μσxE+σyE)1-1)\begin{cases} \varepsilon_y=\frac{\sigma_{y}}{E}-\mu\frac{\sigma_{x}}{E}+\frac{\sigma_{z}}{E})\\ \varepsilon_z=\frac{\sigma_{z}}{E}-\mu\frac{\sigma_{x}}{E}+\frac{\sigma_{y}}{E}) \end{cases} \tag{1-1}$
加上切应力和变形角度的关系，总共有六个方程
${εx=σxE−μσyE+σzE)εy=σyE−μσxE+σzE)εz=σzE−μσxE+σyE)γxy=τxyGγyz=τyzGγzx=τzxG1-24)\begin{cases} \varepsilon_x=\frac{\sigma_{x}}{E}-\mu\frac{\sigma_{y}}{E}+\frac{\sigma_{z}}{E}) \\ \varepsilon_y=\frac{\sigma_{y}}{E}-\mu\frac{\sigma_{x}}{E}+\frac{\sigma_{z}}{E}) \\ \varepsilon_z=\frac{\sigma_{z}}{E}-\mu\frac{\sigma_{x}}{E}+\frac{\sigma_{y}}{E}) \\ \gamma_{xy}=\frac{\tau_{xy}}{G}\\ \gamma_{yz}=\frac{\tau_{yz}}{G}\\ \gamma_{zx}=\frac{\tau_{zx}}{G}\\ \end{cases} \tag{1-24}$

1.1.4.A 本构方程的探讨

上述本构方程实际上是在线弹性及各项同性的情况下才能成立的，对于多数金属及多数结构设计中，基本能够满足各向同性和线弹性的假设，但是像橡胶、高分子材料等很多材料以及结构设计中金属进入塑性工作的都不满足线弹性的假设，像复合材料、单晶材料等不满足各项同性假设，所以这也是非线性有限元与线性有限元主要的区别点。

1.1.5 边界条件

实际物体必然存在力边界和位移边界的一种。位移边界顾名思义就是在这部分物质边界施加给定的位移，如下式
$在边界Su上有：{u=u^v=v^w=w^1-25)在边界S_u上有： \begin{cases} u=\hat u\\ v=\hat v\\ w=\hat w \end{cases} \tag{1-25}$
力边界主要对应的力学本质是在物质表面附近的微元体也保持力平衡状态，具体来说，选取物质表面任意微元，如下图

微元三个方向的力平衡方程可以得到下述三式
${σxx⋅12dydz−τzx⋅12dxdy−τyx⋅12dxdz=PxdAσyy⋅12dxdz−τzy⋅12dxdy−τxy⋅12dydz=PydAσzz⋅12dxdy−τyx⋅12dxdz−τxz⋅12dydz=PzdA1-26)\begin{cases} \sigma_{xx}\cdot \frac{1}{2}dydz-\tau_{zx}\cdot \frac{1}{2}dxdy-\tau_{yx}\cdot \frac{1}{2}dxdz=P_{x}dA\\ \sigma_{yy}\cdot \frac{1}{2}dxdz-\tau_{zy}\cdot \frac{1}{2}dxdy-\tau_{xy}\cdot \frac{1}{2}dydz=P_{y}dA\\ \sigma_{zz}\cdot \frac{1}{2}dxdy-\tau_{yx}\cdot \frac{1}{2}dxdz-\tau_{xz}\cdot \frac{1}{2}dydz=P_{z}dA \end{cases} \tag{1-26}$
斜面面积和三个坐标面面积的关系为
${12dxdy=dA⋅nz12dydz=dA⋅nx12dxdz=dA⋅ny1-27)\begin{cases} \frac{1}{2}dxdy=dA\cdot n_z\\ \frac{1}{2}dydz=dA\cdot n_x\\ \frac{1}{2}dxdz=dA\cdot n_y \end{cases} \tag{1-27}$
代入上式，可得
$在边界Sp上有：{σxx⋅nx−τzx⋅nz−τyx⋅ny=Pxσyy⋅ny−τzy⋅nx−τxy⋅nz=Pyσzz⋅nz−τyx⋅nz−τxz⋅ny=Pz1-28)在边界S_p上有：\begin{cases} \sigma_{xx}\cdot n_x-\tau_{zx}\cdot n_z-\tau_{yx}\cdot n_y=P_{x}\\ \sigma_{yy}\cdot n_y-\tau_{zy}\cdot n_x-\tau_{xy}\cdot n_z=P_{y}\\ \sigma_{zz}\cdot n_z-\tau_{yx}\cdot n_z-\tau_{xz}\cdot n_y=P_{z} \end{cases} \tag{1-28}$

1.1.5.A 边界条件的探讨

在线弹性力学中的边界条件要么是位移边界要么是力边界，一般都是稳态线性的，符合叠加原理，这也是结构分析中大部分场景中实际存在的。但是像汽车碰撞、飞机鸟撞等这些实际发生的场景中，物体与物体发生接触和碰撞完全是动态的、部分随机的，物体间相互作用非线性的，这是非线性有限元与线性有限元主要的区别点。

1.1.6 线弹性力学的总结

这样就把弹性力学的所有求解方程和边界给列清楚了（当然弹性动力学的话要加上初值条件）。现在我们总结一下，弹性力学总共的方程和边界如下所示
${平衡方程：{∂σxxx,y,z)∂x+∂τxyx,y,z)∂y+∂τxzx,y,z)∂z+bx=ρu¨∂τyxx,y,z)∂x+∂σyyx,y,z)∂y+∂τyzx,y,z)∂z+by=ρv¨∂τzxx,y,z)∂x+∂τzyx,y,z)∂y+∂σzzx,y,z)∂z+bz=ρw¨几何方程：{εxx=∂u∂xεyy=∂v∂yεzz=∂w∂zγxy=∂v∂x+∂u∂yγyz=∂w∂y+∂v∂zγzx=∂w∂x+∂u∂z本构方程：{εx=σxE−μσyE+σzE)εy=σyE−μσxE+σzE)εz=σzE−μσxE+σyE)γxy=τxyGγyz=τyzGγzx=τzxG边界条件：{Su上有{u=u^v=v^w=w^Sp上有：{σxx⋅nx−τzx⋅nz−τyx⋅ny=Pxσyy⋅ny−τzy⋅nx−τxy⋅nz=Pyσzz⋅nz−τyx⋅nz−τxz⋅ny=Pz1-29)\begin{cases}平衡方程：\begin{cases} \frac{\partial\sigma_{xx}x,y,z)}{\partial x} + \frac{\partial \tau_{xy}x,y,z)}{\partial y} + \frac{\partial\tau_{xz}x,y,z)}{\partial z} +b_x= \rho \ddot u \\\frac{\partial\tau_{yx}x,y,z)}{\partial x} + \frac{\partial \sigma_{yy}x,y,z)}{\partial y} + \frac{\partial\tau_{yz}x,y,z)}{\partial z} +b_y= \rho \ddot v\\ \frac{\partial\tau_{zx}x,y,z)}{\partial x} + \frac{\partial \tau_{zy}x,y,z)}{\partial y} + \frac{\partial\sigma_{zz}x,y,z)}{\partial z} +b_z= \rho \ddot w \end{cases}\\ 几何方程： \begin{cases} \varepsilon_{xx}=\frac{\partial u}{\partial x} \\ \varepsilon_{yy}=\frac{\partial v}{\partial y} \\ \varepsilon_{zz}=\frac{\partial w}{\partial z} \\ \gamma_{xy}=\frac{\partial v}{\partial x}+\frac{\partial u}{\partial y}\\ \gamma_{yz}=\frac{\partial w}{\partial y}+\frac{\partial v}{\partial z}\\ \gamma_{zx}=\frac{\partial w}{\partial x}+\frac{\partial u}{\partial z}\end{cases}\\ 本构方程：\begin{cases} \varepsilon_x=\frac{\sigma_{x}}{E}-\mu\frac{\sigma_{y}}{E}+\frac{\sigma_{z}}{E}) \\ \varepsilon_y=\frac{\sigma_{y}}{E}-\mu\frac{\sigma_{x}}{E}+\frac{\sigma_{z}}{E}) \\ \varepsilon_z=\frac{\sigma_{z}}{E}-\mu\frac{\sigma_{x}}{E}+\frac{\sigma_{y}}{E}) \\ \gamma_{xy}=\frac{\tau_{xy}}{G}\\ \gamma_{yz}=\frac{\tau_{yz}}{G}\\ \gamma_{zx}=\frac{\tau_{zx}}{G}\end{cases}\\ 边界条件：\begin{cases}S_u上有 \begin{cases} u=\hat u\\ v=\hat v\\ w=\hat w \end{cases}\\ S_p上有：\begin{cases} \sigma_{xx}\cdot n_x-\tau_{zx}\cdot n_z-\tau_{yx}\cdot n_y=P_{x}\\ \sigma_{yy}\cdot n_y-\tau_{zy}\cdot n_x-\tau_{xy}\cdot n_z=P_{y}\\ \sigma_{zz}\cdot n_z-\tau_{yx}\cdot n_z-\tau_{xz}\cdot n_y=P_{z} \end{cases}\end{cases}\end{cases} \tag{1-29}$
总计15个方程、2类边界条件，待求量6个应力、6个应变、3个位移总共15个，必然存在一组解。当然有限元求解格式是不能直接应用这些方程的，需要找到一种等价方程的形式，这种形式就是最小能原理（虚功或者最小势能原理）。

1.1.6 非线性有限元与线性有限元的区别点

综上，非线性有限元与线性有限元主要的区别点就是以下三点：1.应力应变度量，以及匹配应力应变度量的平衡方程；2.本构方程；3.边界条件，我们分别成几何非线性、材料非线性和边界非线性。

查看全文

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.dgrt.cn/a/2093986.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系一条长河网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

【小呆的力学笔记】非线性有限元的初步认识【一】

文章目录0. 有限元方法的诞生1. 线性有限元的初步认识1.1 弹性力学概述1.1.1 弹性力学基本假设1.1.2 平衡方程1.1.2.A 平衡方程的探讨1.1.3 几何方程1.1.3.A 几何方程的探讨1.1.4 本构方程1.1.4.A 本构方程的探讨1.1.5 边界条件1.1.5.A 边界条件的探讨1.1.6 线弹性力学的总结1.……

编程日记2023/3/29 11:23:45

【Spring源码设计模式】单例模式外带设计模式的单例模式

Bean的概念是Spring框架在运行时管理的对象，是任何引用程序的基本构建块。
Bean的属性 id属性：Bean的唯一标志名，必须以字母开头且不包含特殊字符 class属性：用来定义类的全限定名（包名类名） name属性……

编程日记2023/3/29 11:23:32

SSL证书如何降低企业网络攻击的风险？

似乎每周我们都能看到大量有关数据泄露的新闻，然而关于违规记录的报道还在源源不断地涌现。到2019年末为止，美国国防部已经统计了10,331,579,614项违规记录，而且这个数字还在不断上涨。
从2017年到2018年，信息泄漏的趋势似乎呈下……

编程日记2023/3/29 11:23:17

【Ruby学习笔记】1.Ruby的简介、环境、Linux安装及Windows安装

前言
本章介绍Ruby的简介、环境、Linux安装及Windows安装。
Ruby 简介
Ruby是一种纯粹的面向对象编程语言。它由日本的松本行弘（まつもとゆきひろ/Yukihiro Matsumoto）创建于1993年。
您可以在 www.ruby-lang.org 的 Ruby 邮件列表上找到松本行弘&am……

编程日记2023/3/29 11:22:35

Python学习——队列实现

Python学习代码之旅背景介绍是一个学了四年计算机的小白，是真的很白的那种，哈哈哈。有C、C、Java基础，但也是菜鸟一大只。然后呢，不定时更新学习内容。用的是Python3，版本真的是很重要啊。不求甚解的程序媛&#xff……

编程日记2023/3/29 11:22:34

python学习笔记———A Byte of python3符号

单引号双引号单/双引号可以只能该字符串，所有的空格和制表符都会原样保留。三引号三引号里可以指示多行的字符串，字符串中单双引号可以任意使用。转义序列 ‘what’s your name ?’ ‘what’s your name ?’ √
\n表示换行 tab键转义字符 \……

编程日记2023/3/29 11:22:33

用MATLAB旋转图像-GUI

用MATLAB旋转图像
function varargout image_rotatevarargin)
% IMAGE_ROTATE MATLAB code for image_rotate.fig
% IMAGE_ROTATE, by itself, creates a new IMAGE_ROTATE or raises the existing
% singleton*.
%
% H IMAGE_ROTATE returns the handle to……

编程日记2023/3/29 11:22:33

leetcode刷题001

leetcode刷题001
翻转二叉树官方代码
class Solution { public: TreeNode* invertTreeTreeNode* root) { if root nullptr) { return nullptr; } TreeNode* left invertTreeroot->left); TreeNode* right invertTreeroot->right); root->left right; root-……

编程日记2023/3/29 11:22:32

刷题数字转置二维矩阵

题目解题 class Solution { public: vector<vector> transposevector<vector>& A) { int rowA.size); int colA[0].size); vector<vector> tempcol,vectorrow,0)); forint i0;i<row;i) { forint j0;j<col;j) { temp[j][i]A[i][j]; } } ret……

编程日记2023/3/29 11:22:32

windows安装Postgresql记录

Windows安装postgresql详细记录TOC
windows安装Postgresql记录
！！！装了三个电脑的postgreaql，终于决定写篇笔记了，每天都在气死边缘徘徊。废话结束，紧跟我的小步伐，发车了。
步骤一以管理员……

编程日记2023/3/29 11:22:31

学会这些终端快捷键，让你在Linux上的操作快100倍

🪶 简述 Linux命令行的许多快捷键与GNU/Emacs编辑器非常像，因此我十分建议可以学习学习emacs编辑器，来了解或发现更多的命令行快捷键。点此访问emacs官网点此访问emacs中国（论坛）简述一下Emacs:Emacs’一切皆快捷键……

编程日记2023/4/16 14:54:43

手把手教你Temporal Fusion Transformer——Pytorch实战

建立了一个关于能源需求预测的端到端项目：如何为 TFT 格式准备我们的数据。如何构建、训练和评估 TFT 模型。如何获取对验证数据和样本外预测的预测。如何使用built-in model的可解释注意力机制计算特征重要性、季节性模式和极端事件鲁棒性。
什么是Temporal F……

编程日记2023/4/16 14:54:30

【Java开发】设计模式 12：解释器模式

1 解释器模式介绍
解释器模式是一种行为型设计模式，它提供了一种方法来解释语言、表达式或符号。
在该模式中，定义了一个表达式接口，并实现了对应的表达式类，这些类可以解释不同的符号组成的表达式，从而实现对语言的……

编程日记2023/4/16 14:54:05

反序列化渗透与攻防五)之shiro反序列化漏洞

Shiro反序列化漏洞
Shiro介绍
Apache Shiro是一款开源安全框架，提供身份验证、授权、密码学和会话管理。Shiro框架直观、易用，同时也能提供健壮的安全性
Apache Shiro 1.2.4及以前版本中，加密的用户信息序列化后存储在名为remember-me的Cookie中。攻击者可以使用Shiro的默……

编程日记2023/4/16 14:52:13

vue2+vue3

vue2vue3尚硅谷vue2vue2 课程简介【02:24】vue2 Vue简介【17:59】vue2 Vue官网使用指南【14:07】vue2 搭建Vue开发环境【13:54】vue2 Hello小案例【22:25】了解：不常用常用：id 更常用简单class差值总结vue 实例vue 模板：先取 &#xff0……

编程日记2023/4/16 14:52:00

【hello Linux】环境变量

目录 1. 环境变量的概念 2. 常见的环境变量 3. 查看环境变量 4. 和环境变量相关的命令 5. 环境变量的组织方式 6. 通过代码获取环境变量 7. 通过系统调用获取环境变量 Linux🌷 在开始今天的内容之前，先来看一幅图片吧！不知道你们是否和我一……

编程日记2023/4/16 14:51:36

【Linux基础】常用命令整理

ls命令
-a选项，可以展示隐藏的文件和文件夹-l选项，以列表形式展示内容-h，需要和-l搭配使用，可以展示文件的大小单位ls -lah等同于la -a -l -h
cd命令（change directory）
语法：cd [Linux路径]……

编程日记2023/4/16 14:51:26

客快物流大数据项目（一百一十二）：初识Spring Cloud

文章目录
初识Spring Cloud
一、Spring Cloud简介
二、SpringCloud 基础架构图…

编程日记2023/4/16 14:51:11

C和C++中的struct有什么区别

区别一： C语言中： Struct是用户自定义数据类型（UDT）。 C语言中： Struct是抽象数据类型（ADT），支持成员函数的定义。
区别二：
C中的struct是没有权限设置的&#xff0c……

编程日记2023/4/16 14:50:59

docker的数据卷详解

数据卷数据卷是宿主机中的一个目录或文件，当容器目录和数据卷目录绑定后，对方修改会立即同步
一个数据卷可以同时被多个容器同时挂载，一个容器也可以被挂载多个数据卷
数据卷作用：容器数据持久化 /外部机器和容器间接通信 /容器……

编程日记2023/4/16 14:50:50

【小呆的力学笔记】非线性有限元的初步认识【一】

文章目录

0. 有限元方法的诞生

1. 线性有限元的初步认识

1.1 弹性力学概述

1.1.1 弹性力学基本假设

1.1.2 平衡方程

1.1.2.A 平衡方程的探讨

1.1.3 几何方程

1.1.3.A 几何方程的探讨

1.1.4 本构方程

1.1.4.A 本构方程的探讨

1.1.5 边界条件

1.1.5.A 边界条件的探讨

1.1.6 线弹性力学的总结

1.1.6 非线性有限元与线性有限元的区别点

相关文章：

【小呆的力学笔记】非线性有限元的初步认识【一】

【Spring源码设计模式】单例模式外带设计模式的单例模式

SSL证书如何降低企业网络攻击的风险？

【Ruby学习笔记】1.Ruby的简介、环境、Linux安装及Windows安装

Python学习——队列实现

python学习笔记———A Byte of python3符号

用MATLAB旋转图像-GUI

leetcode刷题001

刷题数字转置二维矩阵

windows安装Postgresql记录

学会这些终端快捷键，让你在Linux上的操作快100倍

手把手教你Temporal Fusion Transformer——Pytorch实战

【Java开发】设计模式 12：解释器模式

反序列化渗透与攻防五)之shiro反序列化漏洞

vue2+vue3

【hello Linux】环境变量

【Linux基础】常用命令整理

客快物流大数据项目（一百一十二）：初识Spring Cloud

C和C++中的struct有什么区别

docker的数据卷详解

Published by

风君子

发表回复取消回复

文章目录

0. 有限元方法的诞生

1. 线性有限元的初步认识

1.1 弹性力学概述

1.1.1 弹性力学基本假设

1.1.2 平衡方程

1.1.2.A 平衡方程的探讨

1.1.3 几何方程

1.1.3.A 几何方程的探讨

1.1.4 本构方程

1.1.4.A 本构方程的探讨

1.1.5 边界条件

1.1.5.A 边界条件的探讨

1.1.6 线弹性力学的总结

1.1.6 非线性有限元与线性有限元的区别点

相关文章：

【小呆的力学笔记】非线性有限元的初步认识【一】

【Spring源码设计模式】单例模式外带设计模式的单例模式

SSL证书如何降低企业网络攻击的风险？

【Ruby学习笔记】1.Ruby的简介、环境、Linux安装及Windows安装

Python学习——队列实现

python学习笔记———A Byte of python3符号

用MATLAB旋转图像-GUI

leetcode刷题001

刷题 数字 转置二维矩阵

windows安装Postgresql记录

学会这些终端快捷键，让你在Linux上的操作快100倍

手把手教你Temporal Fusion Transformer——Pytorch实战

【Java开发】设计模式 12：解释器模式

反序列化渗透与攻防五)之shiro反序列化漏洞

vue2+vue3

【hello Linux】环境变量

【Linux基础】常用命令整理

客快物流大数据项目（一百一十二）：初识Spring Cloud

C和C++中的struct有什么区别

docker的数据卷详解

Published by

风君子

发表回复 取消回复

刷题数字转置二维矩阵

发表回复取消回复