当前课程知识点:有限元分析及应用 > 第11讲 高阶及复杂单元 > 11.3 3D高阶单元 > Video 11.3
好,我们构造10节点的四面体二次单元
我们有10个节点,它是四面体
它有4个角节点
每一条边上面还有一个中节点
一共是6条边,所以一共是10个节点
每个节点3个自由度
所以它是30个自由度
我们由Pascal三角形可知
一个完全的二次项,当然是3D问题了
它有10项,所以正好我们是10个节点
我们就可以构造出完全的二次项的插值关系
从a1一直取到a10
我们同样基于体的自然坐标来进行描述
对应的角节点的形状函数写出来是这样的
对于棱边上的中间节点,同样有6项
每一个形状函数我们写出来是这么一个关系
对于四面体的三次单元
如果我们要构造一个完全的三次函数
它需要20项
那么我们就需要20个节点
我们来构建一下就是
首先4个角节点
12个分布在6条棱边上的三等分的节点
再加上4个面心节点
这样我们就由20个节点组成四面体的三次单元
它的自由度是60
在每个方向可以取20项,也就是20个自由度
这样我们就可以完全地从a1取到a20
这样就是完全的三次项
对应的角节点的形状函数
我们基于自然坐标描述出来是这样的
对于棱边上的三等分的点
对应出来的形状函数是这么一个关系
对于面心节点得到的形状函数是这样的
前面是四面体的单元
我们看看正六面体的高阶单元
首先正六面体的单元用Lagrange插值来进行
和前面矩形的Lagrange插值情况类似
我们可以通过三个坐标方向的Lagrange多项式
相乘来获得
这样我们假定在ξ,η,ζ方向
分别取m+1,n+1,p+1个节点
这样我们就可以得到从低阶到高阶的,直达
这么一个高阶项
相应的形状函数的描述
我们对于i节点
这个i节点分别对应着I,J,K
这么一个行列式的3个方向的编号
它对应的Lagrange一维的插值函数是
每个方向的插值函数我们把它乘起来
就可以得到Lagrange的正六面体的高次单元的形状函数
与构造Serendipity矩形单元的情况类似
我们同样也可能构造各种节点的Serendipity正六面体单元
也就是说我们把增加的节点尽量放在边上
而不放在这个体单元的中间
比如我们有Serendipity二次单元
它有20个节点
它对应的角节点的形状函数是这么一个表达
对于棱边上的内节点,它的形状函数就是这样的
对于三次的Serendipity单元,它有32个节点
对应着角节点的形状函数是这样的
对于棱边上的内节点,其形状函数为这样的
我们看看,这是一个20节点的Serendipity单元
它在一个侧面上
我们看看它的二维节点是这么一个划分的情况
我们所增加的节点都是在棱边上
在这个面上,我们再看看
取出一个边,同样这个边也是把节点取在这条线上
32节点情况也是类似的
这是面上的二维节点
这是面上的一维方向的节点情况
-有限的单元 无限的能力
--Video
-课程大纲
--课程大纲
-第一章第一节测试题
-1.1 力学的分类:质点、刚体、变形体的力学
-第一章第二节测试题
-1.2 变形体力学的要点
-第一章第三节测试题
-1.3 微分方程求解的方法
--勘误
-第一章第四节测试题
-1.4 关于函数逼近的方式
-第一章第五节测试题
-1.5 针对复杂几何域上的函数表征及逼近
-第一章第六节测试题
-1.6 有限元的核心:针对复杂几何域的分片函数逼近
-第一章第七节测试题
-1.7 有限元发展的历史和软件
-课后讨论
--讨论题
-课后练习
-第二章第一节测试题
-2.1 弹簧的力学分析原理
-第二章第二节测试题
-2.2 弹簧单元与杆单元的比较
-第二章第三节测试题
-2.3 杆单元的坐标变换
-第二章第四节测试题
-2.4 一个四杆结构的实例分析
-2.5 四杆结构的ANSYS实例分析
--ANSYS
-课后讨论
--讨论题
-第三章第一节测试题
-3.1 力学描述的基本思路及关于变形体材料的基本假设
-第三章第二节测试题
-3.2 指标记法
-第三章第三节测试题
-3.3 关于三大变量及三大方程的思路
-第三章第四节测试题
-3.4 平面问题的平衡方程构建
-第三章第五节测试题
-3.5 平面问题的几何方程构建
--勘误
-第三章第六节测试题
-3.6 平面问题的物理方程构建
-第三章第七节测试题
-3.7 两类边界条件
-课后讨论
--讨论题
-第四章第一节测试题
-4.1 几种特殊情况的讨论
--勘误
-第四章第二节测试题
-4.2 简单拉杆问题的完整弹性力学求解
-第四章第三节测试题
-4.3 平面纯弯梁的描述及求解
-第四章第四节测试题
-4.4 空间弹性问题的完整描述
--勘误
-第四章第五节测试题
-4.5 关于张量的描述及理解
-课后讨论
--讨论题
-第五章第一节测试题
-5.1 变形体力学方程求解的主要方法分类及试函数方法
-第五章第二节测试题
-5.2 平面弯曲梁求解的试函数方法-残值处理法
-第五章第三节测试题
-5.3 如何降低对试函数的高阶导数的要求
-第五章第四节测试题
-5.4 平面弯曲梁求解的虚功原理
-第五章第五节测试题
-5.5 平面弯曲梁求解的最小势能原理的变分基础
-第五章第六节测试题
-5.6 一般弹性问题的能量原理
-课后讨论
--讨论题
-第六章第一节测试题
-6.1 基于试函数的经典方法与有限元方法
-第六章第二节测试题
-6.2 有限元方法中的自然离散与逼近离散
-第六章第三节测试题
-6.3 有限元方法中的基本步骤
-第六章第四节测试题
-6.4 经典方法及有限元方法的比较
-课后讨论
--讨论题
-第七章第一节测试题
-7.1 局部坐标系中的杆单元构建及MATLAB编程
-第七章第二节测试题
-7.2 局部坐标系中的平面纯弯梁单元构建及MATLAB编程
-第七章第三节测试题
-7.3 局部坐标系中的一般梁单元构建(组装)
-第七章第四节测试题
-7.4 梁单元的坐标变换
-第七章第五节测试题
-7.5 分布力的处理
-7.6 门型框架结构的实例分析及MATLAB编程
--【知识点7.6】 门型框架结构的实例分析及MATLAB编程(PDF)
-7.7 门型框架结构的ANSYS实例分析
--【知识点7.7】 ANSYS算例-门型框架结构有限元GUI操作与命令流(PDF)
-课后讨论
--讨论题
-第八章第一节测试题
-8.1 平面3节点三角形单元及MATLAB编程
-第八章第二节测试题
-8.2 平面4节点矩形单元及MATLAB编程
-第八章第三节测试题
-8.3 轴对称单元
-第八章第四节测试题
-8.4 分布力的处理
-8.5 平面矩形薄板分析的MATLAB编程
--【知识点8.5】 平面矩形薄板分析的MATLAB编程(PDF)
-8.6 平面矩形薄板的ANSYS实例分析
--【知识点8.6】 ANSYS算例-平面矩形薄板有限元GUI操作与命令流(PDF)
-课后讨论
--讨论题
-第九章第一节测试题
-9.1 空间4节点四面体单元及MATLAB编程
-第九章第二节测试题
-9.2 空间8节点正六面体单元及MATLAB编程
-第九章第三节测试题
-9.3 参数单元的原理
-第九章第四节测试题
-9.4 数值积分
-9.5 典型空间问题的MATLAB编程
--【知识点9.5】 典型空间问题的MATLAB编程(PDF)
-9.6 典型空间问题的ANSYS分析实例
--【知识点9.6】 ANSYS算例-典型空间问题有限元GUI操作与命令流(PDF)
-课后讨论
--讨论题
-第十章第一节测试题
-10.1 节点编号与存储带宽
-第十章第二节测试题
-10.2 形状函数矩阵与刚度矩阵的性质
-第十章第三节测试题
-10.3 边界条件的处理与支反力的计算
-第十章第四节测试题
-10.4 位移函数构造与收敛性要求
-第十章第五节测试题
-10.5 C0单元与C1单元
-第十章第六节测试题
-10.6 单元的拼片试验
-第十章第七节测试题
-10.7 有限元分析数值解的精度与性质
-第十章第八节测试题
-10.8 单元应力计算结果的误差与平均处理
-第十章第九节测试题
-10.9 控制误差和提高精度的h方法和p方法
-课后讨论
--讨论题
-第十一章第一节测试题
-11.1 1D高阶单元
-第十一章第二节测试题
-11.2 2D高阶单元
-第十一章第三节测试题
-11.3 3D高阶单元
-第十一章第四节测试题
-11.4 基于薄板理论的弯曲板单元
-第十一章第五节测试题
-11.5 子结构与超级单元
-课后讨论
--讨论题
-第十二章第一节测试题
-12.1 结构振动的有限元分析:基本原理
-第十二章第二节测试题
-12.2 结构振动的有限元分析实例
-第十二章第三节测试题
-12.3 弹塑性问题的有限元分析:基本原理
-第十二章第四节测试题
-12.4 弹塑性问题的有限元分析:非线性方程求解
-课后讨论
--讨论题
-第十三章第一节测试题
-13.1 传热问题的有限元分析:基本原理
-第十三章第二节测试题
-13.2 传热问题的有限元分析实例
-第十三章第三节测试题
-13.3 热应力问题的有限元分析:基本原理
-第十三章第四节测试题
-13.4 热应力问题的有限元分析实例
-课后讨论
--讨论题
-【基本建模Project1】2D问题:带孔平板的有限元分析
--Doc I-1
-【基本建模Project2】3D问题:花型卡盘网格划分的控制
--Doc I-2
-【应用建模Project3】振动模态分析:斜拉桥的模态分析
--Doc I-3
-【应用建模Project4】弹塑性分析:厚壁圆筒受内压的弹塑性分析
--Doc I-4
-【应用建模Project5】传热分析:钢制圆柱冷却过程温度场的瞬态问题
--Doc I-5
-【应用建模Project6】热应力分析:桁架结构的温度及装配应力分析
--Doc I-6
-【高级建模Project7】结构的概率:大型液压机机架的概率设计分析
--Doc I-7
-【高级建模Project8】p方法的建模与应用:平面问题的p型单元建模与分析
--Doc I-8