西工大-有限元试题

1.针对下图所示的3个三角形元,写出用完整多项式描述的位移模式表达式。

2.如下图所示,求下列情况的带宽:

a) 4结点四边形元; b) 2结点线性杆元。

3.对上题图诸结点制定一种结点编号的方法,使所得带宽更小。图左下角的四边形在两种不同编号方式下,单元的带宽分别是多大

4.下图所示,若单元是2结点线性杆单元,勾画出组装总刚后总刚空间轮廓线。系统的带宽是多大按一右一左重新编号(即6变成3等)后,重复以上运算。

5. 设杆件1-2受轴向力作用,截面积为A,长度为L,弹性模量为E,试写出杆端力F1,F2与杆端位移u1,u2之间的关系式,并求出杆件的单元刚度矩阵[k](e)

1与○2所组成,试写出三个结点1、2、3的6.设阶梯形杆件由两个等截面杆件○

结点轴向力F1,F2,F3与结点轴向位移u1,u2,u3之间的整体刚度矩阵[K]。

7. 在上题的阶梯形杆件中,设结点3为固定端,结点1作用轴向载荷F1=P,求各结点的轴向位移和各杆的轴力。

8. 下图所示为平面桁架中的任一单元,x,y为局部坐标系,x,y为总体坐标系,x轴与x轴的夹角为?。

(1) 求在局部坐标系中的单元刚度矩阵 [k](e)

(2) 求单元的坐标转换矩阵 [T];

(3) 求在总体坐标系中的单元刚度矩阵 [k](e)

9.如图所示一个直角三角形桁架,已知E?3?107N/cm2,两个直角边长度

l?100cm,各杆截面面积A?10cm2,求整体刚度矩阵[K]。

10. 设上题中的桁架的支承情况和载荷情况如下图所示,按有限元素法求出各结点的位移与各杆的内力。

11. 进行结点编号时,如果把所有固定端处的结点编在最后,那么在引入边界条件时是否会更简便些

12. 针对下图所示的3结点三角形单元,同一网格的两种不同的编号方式,单元的带宽分别是多大

13. 下图所示一个矩形单元,边长分别为2a与2b,坐标原点取在单元中心。位移模式取为

u??1??2x??3y??4xyv??5??6x??7y??8xy

导出内部任一点位移u,v与四个角点位移之间的关系式。

14 桁架结构如图所示,设各杆EA/L均相等,单元及结点编号如图所示,试写出各单元的单刚矩阵[k]e。

15 图所示三杆桁架,节点1、节点3处固定,节点2处受力Fx2,Fy2,所有杆件

材料相同,弹性模量为E,截面积均为A,求各杆内力。

16 对下图(a)中所示桁架结构分别采用图(b)、图(c)两种编节点号方式,求其刚度矩阵半带宽。

一般来讲,刚度矩阵的最大半带宽=节点自由度数x(单元中节点最大编号差+1)。

按图(b)编号方式,最大半带宽为 SBMax=2×(6-1+1)=12 按图(c)编号方式,最大半带宽为 SBMax=2×(2+1)=6

17 如图所示为一个由两根杆组成的结构(二杆分别沿x,y方向)。结构参数为:E1=E2=2×106kg/cm2,A1=2A2=2cm2,试完成下列有限元分析。

(1)写出各单元的刚度矩阵。 (2)写出总刚度矩阵。 (3)求节点2的位移u2,v2 (4)求各单元的应力。 (5)求支反力。

18 单元的形状函数[N]具有什么特征

答案:其中的Ni在i结点Ni=1;在其他结点Ni=0及∑Ni=1

19 为了在位移模式中反映单元的常量应变和刚体位移项,在杆件单元、平面单元和空间单元中各应保存哪些幂次项

20 将有限单元法的离散化结构与原结构相比,当采用低次幂函数作为位移模式时,其单元的刚度、整体的刚度是增加了还是减少了

21 如何构造位移模式: 答案:构造位移模式,应考虑

(1)位栘模式中的参数数目必须与单元的结点位栘未知数数目相同;

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