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  • 11月22日

    11月22日

    当前任务

    stiffness matrix 究竟怎么算?

    什么是tangent stiffnes matrix?


    在Exact Corotational Linear FEM Stiffness Matrix之中

    linear stiffness matrix     Krest    是指小变形的情形下,节点的力f = Krest * 节点位移x

    tangent stiffness matrix K = df / dx 定义为f对位移x的雅可比矩阵,表示当前位置下,微小变形与节点力的关系,当元素发生显著旋转的时候,tangent stiffness matrix为准确值,对于非线性模型,并不能简单通过用K*x算出当前位置的准确节点力

    在此篇论文中,给出一种算 K的准确方法


    在Interactive Virtual Material中

    前述的linear stiffness matrix 被简单称为stiffness matrix, 记为Ke

    对于旋转的情形,其给出一种简单的近似办法,K' = R * Ke * RT, 这样的近似称为 rotated stiffness matrix


    为什么K'是一种近似?

    假设四面体经历了一个旋转R,之后再发生变形,

    f = R * Ke * (RT * x - x0)

    此式先把新位置映射回旋转前坐标系,再计算顶点位移RT * x - x0,乘以Ke得到力,最后把力映射会旋转之后的坐标系

    因为准确的 K = df / dx

    但R 实际上与x 有关

    因此如果认为R是常数,推出 K' = df / dx =  R * Ke * RT, 此时的K’必定为近似值


    现在的任务是要找到 Krest/Ke的明确定义

    在Interactive Virtual Material中, 定义Ke = Ve * BeT * E Be

    此式估计是在线性小变形的情形下推出的,此式与一些工程力学的有限元分析给出的公式符合。

    (具体是怎么推导的?胡克定律?)

    最后一个问题,就是K = df /dx 是否与由能量密度->P->f这种思路得到的结果一样?

    估计可以。


    三种stiffness matrix 的对比

    标记名字含义定义
    Krest  Ke(linear) stiffness matrix线性小变形情况,没有旋转

    K’rotated stiffness matrix
    考虑旋转时的近似方法K' = R * Ke * RT
    Ktangent stiffness matrix旋转时的准确方法

    K = df / dx







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