Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
3.6. Применение метода конечных элементов для задания и аппроксимации регулярной поверхностиНаиболее общие методы решения задачи параметризации могут быть построены на основе обобщенной теории функциональных сплайнов [10, 11, 52, 103] с применением МКЭ. В этом случае методика решения задачи параметризации наиболее полно совмещается с методикой решения задач механики оболочек по МКЭ. Согласно теории функциональных сплайнов необходимо выбрать дифференциальный оператор так как чем выше порядок производных в
где От уравнения (3.25) перейдем к энергетическому функционалу
где При построении функционала (3.26) рассматривались следующие краевые условия, при которых оператор
где Краевые условия (3.27), (3.28) являются естественными краевыми условиями для уравнения (3.25) при вариационной формулировке задачи построения или аппроксимации поверхности На основе функционала (3.26) возможны различные приближенные аналитические и численные методы аппроксимации и построения поверхностей. Для построения сглаживающих сплайнов рассмотрим следующие функционалы:
где При построении сглаживающих сплайнов краевые условия (3.28) не рассматриваются. Примем тензоры весовых коэффициентов, входящих в функционалы (3.26), (3.29), (3.30), в виде кусочно-постоянных функций в пределах ячеек Аппроксимируем далее сплайн-поверхность в пределах каждой ячейки сетки А полиномиальной вектор-функцией согласно МКЭ:
где
—узловые значения производных от радиуса-вектора сплайн-поверхности;
— полиномиальные базисные функции для Базисные функции, входящие в выражение (3.31), конструируются так же, как для Для прямоугольной подобласти в качестве вектор-функции (3.31) может быть принята (3.18). В случае треугольной произвольно ориентированной подобласти в качестве аппроксимирующей вектор-функции можно принять следующий полином:
где При необходимости аналогично строятся полиномиальные аппроксимирующие вектор-функции более высоких порядков, согласующиеся с треугольником Паскаля:
где Представим аппроксимирующие [функции (3.31) [или (3.32) в матричном виде
где
— матрица-строка, составленная из базисных функций для
— вектор-столбец узловых значений сплайн-поверхности и ее производных для Подставляя аппроксимирующие функции (3.33) в функционал (3.29) и минимизируя получившуюся при этом квадратичную форму, приходим к следующей системе векторных линейных алгебраических уравнений относительно узловых значений сплайна и его производных:
где
Аналогично выглядит система уравнений для аппроксимирующего сплайна, полученного на основе функционала (3.30). В этом случае матрица При построении интерполяционного сплайна величины
Величины производных в узлах сетки А сплайна вычисляются также из системы вида (3.34), но не содержащей матриц Если краевые значения производных сплайн-поверхности неизвестны, то их необходимо вычислить. Для сплайнов, получаемых на основе функционалов (3.26), (3.29), (3.30), краевые значения производных могут быть вычислены на основе следующего функционала:
где
Так же как и для одномерных сплайнов, условия минимума функционала (3.36) дают дополнительные уравнения, позволяющие вычислить краевые значения производных для сплайна, т. е. значения Для вычисления матриц Системы уравнений вида (3.34), получающиеся в результате применения МКЭ, решаются методом Гаусса с обходом нулевых элементов, методом квадратного корня по схеме Холецкого, фронтальным методом [5, 39, 47] и другими. В заключение следует отметить, что при исследованиях пластин Кирхгофа по МКЭ накоплен большой опыт по построению функций формы, по улучшению точности и сходимости численных алгоритмов, по уменьшению влияния несовместности получающихся КЭ. При этом большое внимание уделено гибридным схемам МКЭ и смешанным функционалам, которые следуют из функционала Лагранжа для пластины Кирхгофа. Все эти достижения без ограничений могут быть применены для решения задачи построения сплайн-поверхности на основе векторного уравнения (3.25). Один из смешанных сплайновых функционалов рассмотрен в работе [98].
|
1 |
Оглавление
|