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    C 0

    C 0

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    C 0 C 0

    N 1 N 1 N 2 N 2

    φ

    x y

    N 1 N 2 N 3 N 4

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    π i

    u i θi M i V i

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    π

    π 14245

    π

    π = 3 ,1416

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    u = N a −→i

    N i xa i = [N 1 , N 2 . . . N n ]

    a 1a 2

    a n

    i, j, m, ...etc

    u u

    u = u(x, y )v(x, y )

    a i = uivi

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    i N i , N j , N m

    = Su = Ba

    B = SN

    S S

    =x

    y

    z

    =∂ ∂x 00 ∂ ∂y∂

    ∂y∂

    ∂x

    uv

    B

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    σ0

    σ i = D ( − 0) + σ0

    σ i =σxσyτ xy

    x

    y

    τ xy=

    1E σx − vE σy1E σy −

    vE σx

    1G γ xy

    =1E − vE 0

    − vE 1E 0

    0 0 1G

    σxσy

    σxy

    a i

    b u

    q i =

    q e1

    q e2

    q en

    bi =bex

    bey

    V (δi σ)dV + l (δub)dV = i (δ (u )X

    i )

    V ([a e ]T B T DBa )dV ) + V ([a e ]T (N T i b)dV )) = [ a e ]T q i K i a i + f i = q i

    K i = V (B T DB )dV f i = V (N T b)dV

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    σ i = E = E dudx

    E

    V (δ σ)dV = l0 (δub)dx + pi =1 (δu i X i )

    l

    0 δ EAdudx =

    l

    0 δubdx +

    p

    i =1δu i X i

    u i ui =u0 + a 1x

    u i = N 1a 1 + N 2a 2

    u1 = a0 + a1x1 u2 = a0 + a1x2

    a 0 a1

    a0 = u1 − u 2x1 − x2

    a1 = x2u1 − x1u 2

    x2x1

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    C 0

    N i ...N m x2 − x1 = le

    x 2

    x1

    (dN 1dx

    δu1)AE (dN 2dx

    δu2) −

    x 2

    x1

    [N 1δu 1 + N 2δu 2] = δu1X 1 + δu 2X 2

    δu 1 δ 2u2

    x 2x 1 ( dN 1dx (EA ) dN 1dx u1 + dN 1dx (EA ) dN 2dx u2)dx − x 2x 1 N 1bdx − X 1 = 0 x 2x 1 ( dN 2dx (EA ) dN 2dx u1 + dN 2dx (EA ) dN 1dx u2)dx − x 2x 1 N 1bdx − X 2 = 0

    x 2x 1 (dN 1dx (EA )

    dN 1dx ) (

    dN 1dx (EA )

    dN 2dx )

    ( dN 2dx (EA )dN 2dx ) (

    dN 2dx (EA )

    dN 1dx )

    dxu1

    u2− x 2x 1 N 1N 2 bdx =

    X 1

    X 2

    ki a i + f i = q i

    K i = x 2x 1 (dN 1dx (EA )

    dN 1dx ) (

    dN 1dx (EA )

    dN 2dx )

    ( dN 2dx (EA )dN 2dx ) (

    dN 2dx (EA )

    dN 1dx )

    dx = x 2x 1 (B T i DBi )dx f i = x 2x 1 N 1N 2 bdx

    N i = (ξ − ξ 1)(ξ − ξ 2) . . . (ξ − ξ n )(ξ i − ξ 1)(ξ i − ξ 2) . . . (ξ i − ξ n )

    N i =n

    i =1

    ( ξ − ξ jξ i − ξ j

    )

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    C 0

    N 1 = (1 − ξ

    2 )

    N 2 = (1 + ξ

    2 )

    K i f i

    x2 − x1 = le

    ξ s = 2(x − x1)(x2 − x1)

    − 1

    dξ dx

    = 2le

    B i D i

    B i = [∂N 1∂ξ

    ∗ 2le

    , ∂N 2

    ∂ξ ∗

    2le

    ]

    K I = 1− 1(∂N 1∂ξ ∗

    2l e

    ∂N 2∂ξ ∗

    2l e

    (AE )[∂N 1∂ξ

    ∗ 2le

    , ∂N 2

    ∂ξ ∗

    2le

    ])(le2

    )dξ

    K I = AE

    L 1 − 1− 1 1

    f e = ble

    2 11

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    L (2 ,1) = (ξ − ξ 2)(ξ − ξ 3)(ξ 1 − ξ 2)(ξ 1 − ξ 3) =

    ξ (ξ − 1)2

    L (2 ,2) = (ξ − ξ 1)(ξ − ξ 3)(ξ 2 − ξ 1)(ξ 2 − ξ 3)

    = ξ (ξ + 1)

    2

    L (2 ,3) = (ξ − ξ 1)(ξ − ξ 2)(ξ 3 − ξ 1)(ξ 3 − ξ 2)

    = (1 − ξ 2)

    ξ i

    x = N 1x1 + N 2x2 + N 3x3 dxdξ

    = dN 1

    dξ x1 +

    dN 2dξ

    x2 + dN 3

    dξ x3

    dxdξ =

    2ξ − 12 x1 +

    2ξ + 12 x2 − 2ξx 3

    dξ dx

    = 2

    2ξ (x1 + x2 − 2x3) + le

    dξ dx

    = 2le

    1− 1( (ξ − 12 )

    2l e

    (− 2ξ ) 2l e(ξ + 12 )(

    2l e )

    AE {(ξ − 12

    ) 2le

    , (− 2ξ ) 2le

    , (ξ + 12

    )( 2le

    )}(le2

    ))dξ

    A E

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    K e = (EA

    6 )

    14 − 16 2− 16 32 − 16

    2 − 16 14

    f i = 1− 1ξ (ξ − 1)

    21 − ξ 2ξ (ξ +1)

    2

    ble2

    f i =141

    ble6

    L A I XZ

    θ = dwdx

    = θy = yd2wdx 2

    σ = Eyd2wdx 2

    dF i = ( Ey d2w

    dx 2 )dA

    dM i = ( E d2wdx 2

    )y2dA

    M i = EI d2wdx 2

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    w w C 1

    dwdx

    C 1

    w = α 0 + α 1ξ + α 2ξ 2 + α 3ξ 3

    w = α 1 + 2 α 2ξ + 3 α 3ξ 2

    w = N 1w1 + Ṅ 1(dwdx

    )1 + N 2w2 + Ṅ 2(dwdx

    )2

    H 1 Ḣ 1 H 2 Ḣ 2 H 3 Ḣ 3 H 4 Ḣ 4

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    N 1 N 1

    1 − 1 1 − 1

    0 1 − 2 3

    1 1 1 1

    0 1 2 3

    α 0

    α 1

    α 2

    α 3

    =

    1

    0

    0

    0

    1 − 1 1 − 1

    0 1 − 2 3

    1 1 1 1

    0 1 2 3

    α 0

    α 1

    α 2

    α 3

    =

    0

    1

    0

    0

    1 − 1 1 − 1

    0 1 − 2 3

    1 1 1 1

    0 1 2 3

    α 0

    α 1

    α 2

    α 3

    =

    0

    0

    1

    0

    1 − 1 1 − 1

    0 1 − 2 3

    1 1 1 1

    0 1 2 3

    α 0

    α 1

    α 2

    α 3

    =

    0

    0

    0

    1

    H i = α0 + α 1ξ + α 2ξ 2 + α 3ξ 3

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    28/130

    N 1 = 14

    (2 − 3ξ + ξ 3)

    N 1 = 14

    (1 − ξ − ξ 2 + ξ 3)

    N 2 = 14

    (2 + 3 ξ − ξ 3)

    N 2 = 14

    (− 1 − ξ + ξ 2 + ξ 3)

    V B T i DB i dv x

    x = 1 − ξ

    2 x1 +

    1 + ξ 2

    x2

    dxdξ

    = le2

    K i = 1− 1 4l2edN 1dξ

    dN 1dξ

    dN 2dξ

    dN 2dξ

    EI {dN 1dξ

    , dN 1

    dξ ,

    dN 2dξ

    , dN 2

    dξ }

    le2

    K i =

    EI

    l2e

    12 6le − 12 6le6le 4l2e − 6le 2l2e

    − 12 − 6le 12 − 6le6le 2l2e − 6le 4l2e

    K (6 x 6)

    K T =

    AE l e 0 0 −

    AE l e 0 0

    0 12EI l3e 6EI l2e

    0 − 12 EI l 3e 6EI l2e

    0 6EI l2e 4EI l e 0 − 6

    EI l 2e

    2 EI l e

    −AE l e 0 0

    AE l e 0 0

    0 − 12 EI l 3e − 6EI l 2e

    0 12EI l3e − 6EI l 2e

    0 6EI l2e 2EI l e 0 − 6

    EI l 2e

    4 EI l e

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    K i a i + f e = q f e v N T i qdv

    1− 1N 1

    N 1

    N 2

    N 2

    qdx =

    − ql2

    − ql2

    12

    − ql2

    ql 2

    12

    =

    V 1

    M 1

    V 2

    M 2

    φ

    θ = φ + dwdx

    x = dudx

    = − zdθdx

    γ xz = dwdx

    + dudz

    = dwdx

    − θ = − φ

    φ σx

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    σxz

    σx = E x = − zE dθdx

    σxz = G(dwdx

    − θ)M i = EI dθdx

    Q i = GA (dwdx

    − θ) = GAγ xz

    τ xz = αGγ xz α A∗ = αA

    V (δ x + δγ xz τ xz )dV = − l δqdx + ni =1 δ ( dwdx )i M i +n

    i =1

    δwi Z i

    l [δ ( dθdx )EI ( dθdx ) + δ ( dwdx − θ)GA ∗ ( dwdx )]dx

    θ w

    C 0

    w(ξ ) = N 1(ξ )w1 + N 2(ξ )w2 θ(ξ ) = N 1(ξ )θ1 + N 2(ξ )θ2

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    w1 θ1 w2 θ2

    χ = dθdx

    = (δN 1(ξ )

    δξ θ1 +

    δN 2(ξ )δξ

    θ2)dξ dx

    γ xy = dwdx

    − θ = dθdx

    = (δN 1(ξ )

    δξ w1 +

    δN 2(ξ )δξ

    w2)dξ dx

    − N 1θ1 − N 2θ2

    dξdx =

    2l e

    χ = B f a γ xz = B c a

    B f = [0, 2le

    δN 1δξ

    , 0, 2le

    δN 2δξ

    ]

    B c = [ 2le

    δN 1δξ

    , − N 1 , 2le

    δN 2δξ

    , − N 2]

    a i = [w1 , θ1 , w2 , θ2]

    B f = [0, −1le

    , 0, 1le

    ]

    B c = [−1le

    , ξ − 1

    2 ,

    1le

    , − ξ − 1

    2 ]

    [δa e ]T l e [B T f (EI )B f + B T c (GA )B c ]dx (a e ) = − [δa e ]T l e N T (q )dx + [ δa e ]T q e [K ef + K

    ec ]a

    e − f e = q e

    K ef = l e B T f (EI )B f dx K

    e

    c = l e BT

    c (GA∗

    )B c dx

    f e = − l e N T qdx N = [N 1 , 0, N 2 , 0]

    dx = le2 dξ

    K f =

    1

    − 1B T f (EI )B f

    le

    2 dξ

    K g = 1− 1 B T g (EI )B g le2 dξ f e = − 1− 1 N T le2 dξ

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    K f

    K f = (EI le

    )

    0 0 0 0

    0 1 0 − 1

    0 0 0 0

    0 − 1 0 1

    K c ξ

    K c = (GA ∗

    l )

    1 le2 − 1 le

    2

    l e2

    l2e3 −

    l e2

    l e2

    − 1 − l e2 1 −l e2

    l e2

    l e2 −

    l e2

    l2e3

    GA ∗

    lGA ∗

    2 −GA ∗

    lGA ∗

    2

    GA ∗

    2 (GA ∗

    3 l + EI

    l ) −GA ∗

    2 (GA ∗

    3 l − EI

    l )

    − GA∗

    l −GA ∗

    2GA ∗

    l −GA ∗

    2

    GA ∗

    2 (GA ∗

    3 l − EI

    l ) −GA ∗

    2 (GA ∗

    3 l + EI

    l )

    w1

    θ1

    w2

    θ2

    =

    V 1

    M 1

    P

    0

    w1 = 0 θ1 = 0 w2

    GA ∗

    l −GA ∗

    2

    − GA∗

    2 (GA ∗

    3 l + EI

    l )

    w2

    θ2=

    P

    0

    w2

    θ2=

    γ γ + 1

    ( GA∗

    3 l + EI

    l ) l2

    EI

    l 2EI

    lEI

    P

    0

    γ = 12EI GA ∗ l 2

    w2 = γ γ + 1 ( l

    GA ∗ + l3

    3EI )P w 2 = l

    3

    3EI P

    ϕ = w2w2

    = 3(4λ 2 + 3)4λ 2(λ 2 + 3)

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    ϕ λ

    ξ = 0

    B c = [− 1le

    , 12

    , 1le

    , −12

    ]

    1− 1(− 1l e

    12

    1l e

    12

    GA ∗ [− 1le

    , 12

    , 1le

    , −12

    ])le2

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    34/130

    K c

    K c = (GA ∗

    l )

    1 le2 − 1 le

    2

    l e2

    l 2e4 −

    l e2

    l 2e4

    − 1 − l e2 1 − l e

    2

    l e2

    l 2e4 −

    l e2

    l 2e4

    K =

    GA ∗

    l −GA ∗

    l

    − GA∗

    l (GA ∗

    4 l + EI

    l )

    F =( 1GA +

    l34EI ) −

    l22EI

    − l2

    2EI ( lEI

    ϕ = w2

    (w2)eexacta=

    3λ 2 + 34λ 2

    ϕ λ λ −→ 0 ∞

    λ −→ ∞

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    z

    x − y

    x y

    u(x, y ) =u(x, y )

    v(x, y )

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    u(x, y ) v(x, y ) x y

    ξ x = ∂u∂x

    ξ y = ∂v∂y

    γ xy = ∂v∂x

    + ∂u∂y

    γ xz = γ yz = 0

    ξ z σz

    ξ z σz ξ z

    ξ = [ξ x , ξ y , γ xy ]T

    τ xz

    τ yz

    ξ z σz

    σ = [σx , σy , σ z ]T

    σz = 0 ξ z = 0 γ xz = γ yz = 0

    σ = Dξ

    D

    D =

    d11 d12 0

    d21 d22 0

    0 0 d33

    d12 = d21

    d11 = d22 = E 1− v 2 d11 = d22 = E (1 − v )

    (1+ v )(1 − 2v )

    d12 = d21 = vE 1− v 2 d12 = d21 = ( E 1− v 2 )(

    v1− v )

    d33 = E 2(1+ v ) d33 = E

    2(1+ v ) = G

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    44/130

    E v

    D = 11− vxy vyx

    vx vxy E x 0

    vyx E y E y 0

    0 0 (1 − vxy vyx )Gxy

    D = 1ad − bc

    aE x bE x 0

    cE y dE y 0

    0 0 (ad − bc)Gxy

    1Gxy

    = 1 + vyx

    E x+

    1 + vxyE y

    a = 1 − vyz vzy b = vxy + vxz vzy

    c = vyx + vyz vzx d = 1 − vxz vzx

    E yE x

    = vxyvyx

    E yE x

    = bc

    x y θ x y

    (P − U )u = x

    (P − U )uort = y

    xcos (θ) + ysen (θ) = x

    − xsen (θ) + ycos (θ) = y

    u v

    u = ucos (θ) + vsen (θ)

    v = − ucos (θ) + vcos (θ)

    ε = dudx

    εx = ∂u∂x

    = ∂u∂x

    ∂x∂x

    + ∂u∂y

    ∂y∂x

    εy = ∂v∂y =

    ∂v∂x

    ∂x∂y +

    ∂v∂x

    ∂x∂y

    γ xy = ∂u∂y

    + ∂v∂x

    = ∂v∂x

    ∂x∂x

    + ∂v∂y

    ∂y∂x

    + ∂u∂x

    ∂x∂y

    + ∂u∂x

    ∂x∂y

  • 8/15/2019 Elementos finitos con computadoras.pdf

    45/130

    εx = εx cos2(θ) + γ xy sen (θ)cos (θ) + εy sen 2(θ)

    εy = εx sen 2(θ) − γ xy sen (θ)cos (θ) + εy cos 2(θ)

    γ xy = εx − 2cos (θ)sen (θ) + εy 2cos (θ)sen (θ) + γ xy (cos2(θ) − sen 2(θ))

    εxε

    yεxy=

    cos 2(θ) sen 2(θ) sen (θ)cos (θ)

    sen 2(θ) cos2(θ) − sen (θ)cos (θ)

    − 2sen (θ)cos (θ) 2sen (θ)cos (θ) cos2(θ) − sen 2(θ)

    εxεy

    γ xy

    ε = T ε

    x y

    x y

    σ = T T σ

    σ = D ε

    D

    σ = T T D T ε = Dε

    D = T T D T

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    46/130

    dij

    ε εe

    σ = Dε e = D (ε − ε0)

    N : 1, 2, 3 (i , j ,k )

    x1 , y1 x 2 , y2 x3 , y3 (i , j ,k )

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    47/130

    u = N 1u1 + N 2u2 + N 3u3 v = N 1v1 + N 2v2 + N 3v3

    (u i , vi ) N i i

    u v

    u = uv = N 1 0 N 2 0 N 3 0

    0 N 1 0 N 2 0 N 3

    u1v1u2v2u3v3

    u = N i a e

    u = uv

    N = [N 1 , N 2 , N 3] N i = N i 0

    0 N i

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    48/130

    i

    a e =a e1a e2a e3

    a ei = uivi

    i N ae N i aei

    u = α 1 + α 2x + α 3y v = α 4 + α 5x + α 6y

    u1 = α 1 + α 2x 1 + α 3y1 u2 = α 1 + α 2x 2 + α 3y2 u3 = α 1 + α 2x 3 + α 3y3

    u = 12A

    [(a 1 + b1x + c1y)u 1 + ( a 2 + b2x + c2y)u 2 + ( a 3 + b3x + c3y)u3]

    N i = 12A

    (a i + bi x + ci y)

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    49/130

    εx = ∂N 1

    ∂x u1 +

    ∂N 2∂x

    u2 + ∂N 3

    ∂x u3

    εy = ∂N 1

    ∂y v1 +

    ∂N 2∂y

    v2 + ∂N 3

    ∂y v3

    γ xy = ∂u∂y

    + ∂v∂x

    = ∂N 1

    ∂y u1 +

    ∂N 1∂x

    v1 + ∂N 2

    ∂y u2 +

    ∂N 2∂x

    v2 + ∂N 3

    ∂y u3 +

    ∂N 3∂x

    v3

    ε =

    ∂u∂x∂v∂y

    ∂v∂x +

    ∂u∂y

    =

    ∂N 1∂x 0

    ∂N 2∂x 0

    ∂N 3∂x 0

    0 ∂N 1∂y 0 ∂N 2

    ∂y 0 ∂N 3

    ∂y∂N 1∂y

    ∂N 1∂x

    ∂N 2∂y

    ∂N 2∂x

    ∂N 3∂y

    ∂N 3∂x

    u1v1u2v2u3v3

    ε = Ba e B = [B 1 , B 2 , B 3]

    B i =

    ∂N i∂x 0

    0 ∂N i∂y

    ∂N i∂y

    ∂N i∂x

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    50/130

    B B i

    B = 12A

    b1 0 b2 0 b3 0

    0 c1 0 c2 0 c3

    c1 b1 c2 b2 c3 b3

    B i = 12A

    bi 0

    0 ci

    ci bi

    σ = Dε = DBae

    σ = D (ε − ε0) + σ0 = DBa e − Dε 0 + σ0

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    51/130

    A δεT σtdA = A e δu T btdA + l e δu T tds + 3i =1 δu i U i +3

    i =1

    δvi V i

    δu i δvi U i V i

    A e

    δε T σtdA −

    A e

    δu T btdA −

    δuT ttds = [δa e ]T q e

    δa e = [δu 1 , δv1 , δu 2 , δv2 , δu 3 , δv3]T q e = [U 1 , V 1 , U 2 , V 2 , U 3 , V 3]

    δu T = [δa T ]N T δε T = [δa T ]B T

    δa T

    [δa e ]T [ A e B T σtdA − A e N T btdA − l e N T tdS ] = [δa e ]T q e A e B T σtdA − A e N T btdA − l e N T tds = q e

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    52/130

    σ

    [ A e B T DBtdA ]a e − A e B T Dε 0 tdA + A e B T σ0 tdA − A e N T btdA − l e N T tds = q e K e a e − f e = q e

    K e =

    A

    eB T DBtdA

    f e = f eε + f eσ + f

    eb + f

    et

    f (e )ε = A e B T Dε 0 tdA f (e )σ = − A ( e ) B T σ0 tdA

    f (e )b =

    A e

    N T btdA

    f (e )t = l e N T tds

    e

    q (e )i = P j

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    53/130

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    54/130

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    55/130

    J =

    ∂x∂ξ

    ∂y∂ξ

    ∂z∂ξ

    ∂x∂η

    ∂y∂η

    ∂z∂η

    ∂x∂ζ

    ∂y∂ζ

    ∂z∂ζ

    x = a 0 + a 1ξ = [1, ξ ]

    a 0

    a 1

    ξ

    ξ a

    P a = u

    a = A− 1

    ux e1

    x e2=

    1 − 1

    1 1

    a 0

    a 1

    [1, ξ ]1 − 1

    1 1

    − 1 x e1

    x e2

    [N 1 , N 2]x e1

    x e2

    N 1 = 1 − ξ

    2

    N 2 = 1 + ξ

    2

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    56/130

    u =2

    a =1

    N a (ξ )u a e

    C 0

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    57/130

    (m = 1)

    L e

    ∂x∂ξ

    = dxdξ

    =dN 1dξ

    , dN 2

    dξ xe1x e2

    =− 12

    , 12

    = xe2 − x e1

    2 =

    Le2

    C 0

    u e0 = c0 + c1xea

    u =2a =1 N a (ξ )u

    ea

    u =2

    a =1N a (ξ )u ea

    u =2

    a =1

    N a (ξ )(c0 + c1x ea )

    u = 2

    a =1

    N a (ξ ) c0 + 2

    a =1

    N a (ξ )x ea c1

    2

    a =1

    N a (ξ ) = N 1(ξ ) + N 2(ξ ) = 12

    (1 − ξ ) + 12

    (1 + ξ ) = 1

    2

    a =1(ξ ) = 1

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    58/130

    x y

    x(ξ, η) = a0 + a1ξ + a 2η + a 3ξη = 1 ξ η ξη

    a 0

    a 1

    a 2

    a 3

    y(ξ, η) = β 0 + β 1ξ + β 2η + β 3ξη = 1 ξ η ξη

    β 0

    β 1

    β 2

    β 3

    x(ξ a , ηa , a 0 , · · · )

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    59/130

    a ξ a ηa

    {x ea } =

    x e1

    x e2

    x e3

    x e4

    =

    1 − 1 − 1 +1

    1 +1 − 1 − 1

    1 +1 +1 +1

    1 − 1 +1 − 1

    a0

    a1

    a2

    a3

    = Aa i

    {x ea } =

    ye1

    ye2

    ye3

    ye4

    =

    1 − 1 − 1 +1

    1 +1 − 1 − 1

    1 +1 +1 +1

    1 − 1 +1 − 1

    β 0

    β 1

    β 2

    β 3

    = Aβ i

    a i = A− 1{x ea }

    β i = A− 1{yea }

    x = 1 ξ η ηξ a i

    x = 1 ξ η ηξ A − 1{x i }

    x = N 1 N 2 N 3 N 4 {x i }

    N 1 = 14

    (1 − ξ )(1 − η)

    N 2 = 14

    (1 + ξ )(1 − η)

    N 3 = 14

    (1 + ξ )(1 + η)

    N 4 = 14

    (1 − ξ )(1 + η)

    C 0

    C 0

    (n ) ξ 0 · · · ξ n f

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    60/130

    (ξ ) (n − 1)

    P (ξ ) = f (ξ 1)L n − 1,1(ξ ) + · · · + f (ξ n )Ln − 1,n (ξ )

    Ln − 1,k (ξ ) =n

    i =1

    (ξ − ξ i )(ξ k − ξ i )

    u =n

    a =1 N a (ξ )u ae

    N a (ξ ) = Ln − 1,a (ξ )

    u =n

    a =1N a (ξ )u a

    e

    N 1 = L1,1 = (ξ − ξ 2)(ξ 1 − ξ 2)

    = (1 − ξ )

    2

    N 2 = L1,2 = (ξ − ξ 1)(ξ 2 − ξ 1)

    = (1 + ξ )

    2

    u =n

    a =1

    N a (ξ )u ea

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    61/130

    N 1 = L2,1 = (ξ − ξ 2)(ξ − ξ 3)(ξ 1 − ξ 2)(ξ 1 − ξ 3)

    = (ξ − 1)(ξ − 0)(− 1 − 1)(− 1 − 0)

    = 12

    ξ (ξ − 1)

    N 2 = L2,2 = (ξ − ξ 1)(ξ − ξ 3)(ξ 2 − ξ 1)(ξ 2 − ξ 3)

    = (ξ + 1)( ξ − 0)(+1 + 1)(+1 − 0)

    = 12

    ξ (ξ + 1)

    N 3 = L2,3 = (ξ − ξ 1)(ξ − ξ 2)(ξ 3 − ξ 1)(ξ 3 − ξ 2)

    = (ξ + 1)( ξ − 1)(+0 + 1)(+0 − 1)

    = 1(1 − ξ 2)

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    62/130

    (n +1) ξ (m + 1) η

    N a (ξ, η) = Ln,b (ξ )xL m,c (η)

    u =n

    a =1

    N a (ξ, τ )u ea

    ξ η

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    63/130

    L(ξ ) L(η)

    N 1 = L1,1(ξ )xL 1,1(η) = 12(1 − ξ ) 1

    2(η − 1) = 1

    4(1 − ξ )(1 − η)

    N 2 = L1,2(ξ )xL 1,1(η) = 12

    (ξ + 1)12

    (η − 1) = 14

    (1 + ξ )(1 − η)

    N 3 = L1,2(ξ )xL 1,2(η) = 12

    (ξ + 1)12

    (η + 1) = 14

    (1 + ξ )(1 + η)

    N 4 = L1,1(ξ )xL 1,2(η) = 12

    (1 − ξ )12

    (η + 1) = 14

    (1 − ξ )(1 + η)

    N 1

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    64/130

    N 2

    u =n

    a =1

    N a (ξ, η)u ea

    ξ η

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    65/130

    N 3

    N 4

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    66/130

    L(ξ ) L(η)

    N 1(ξ, η) = L2,1(ξ )xL 2,1(η) = 12

    (ξ )(ξ − 1)12

    (η)(η − 1) = 14

    (ξη)(ξ − 1)(η − 1)

    N 2(ξ, η) = L2,2(ξ )xL 2,1(η) = 12

    (ξ )(ξ + 1)12

    (η)(η − 1) = 14

    (ξη)(ξ + 1)( η − 1)

    N 3(ξ, η) = L2,2(ξ )xL 2,2(η) = 12

    (ξ )(ξ + 1)12

    (η)(η + 1) = 14

    (ξη)(ξ + 1)( η + 1)

    N 4(ξ, η) = L2,1(ξ )xL 2,2(η) = 12(ξ )(ξ − 1) 12(η)(η + 1) = 14(ξη)(ξ − 1)(η + 1)

    N 5(ξ, η) = L2,3(ξ )xL 2,1(η) = (1 − ξ 2)12

    (η)(1 − η) = 12

    (1 − ξ 2)(η)(1 − η)

    N 6(ξ, η) = L2,2(ξ )xL 2 ,3(η) = (1 − η2)12

    (ξ )(1 + ξ ) = 12

    (1 − η2)(ξ )(1 + ξ )

    N 7(ξ, η) = L2,3(ξ )xL 2,2(η) = (1 − ξ 2)12

    (η)(1 + η) = 12

    (1 − ξ 2)(η)(1 + η)

    N 8(ξ, η) = L2,1(ξ )xL 2 ,3(η) = (1 − η2)12

    (ξ )(1 − ξ ) = 12

    (1 − η2)(ξ )(1 − ξ )

    N 9(ξ, η) = L2,3(ξ )xL 2,3(η) = (1 − ξ 2)(1 − η2) = (1 − ξ 2)(1 − η2)

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    67/130

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    68/130

    ξ η

    N 5(ξ, η) = L1,2(ξ )xL 2,3(η)

    N 5(ξ, η) = 12

    (1 + ξ )(1 − η2)

    N 5(ξ, η) = 0 j = 1 , 2, 3, 41 j = 6

    N 1 = N 2 = 0

    N 2 = N 3 = 12

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    69/130

    N 5

    N 1 = 14

    (1 − ξ )(1 − η)

    N 2 = N 2 − 12

    N 5

    N 2 = 14

    (1 + ξ )(1 − η) − 14

    (1 + ξ )(1 − η2)N 2 = 14

    (1 + ξ )η(η − 1)

    N 3 = N 3 + 1

    2N 5

    N 3 = 14

    (1 + ξ )(1 + η) − 14

    (1 + ξ )(1 − η2)

    N 3 = 14

    (1 + ξ )η(η + 1)

    N 4 = 14

    (1 + η)(1 − ξ )

    C 0

    r = A 1A s = A 2

    A t = A 3

    A 0 ≤ r, s, t ≤ 1

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    70/130

    r + s + t = 1

    x = N 1x e1 + N 2x e2 + N 3x e3 y = N 1ye1 + N 2ye2 + N 3ye3

    N 1 = r N 2 = s N 3 = t

    u = N 1u1e + N 2u2 e + N 3u3 e

    t

    t = 1 − r − s

    J =

    ∂x∂r

    ∂y∂r

    ∂x∂s

    ∂y∂s

    L I − 1,I (r ) =I

    i =1( r − r ir I − r i

    ) I = 1

    1 I = 1

    a

    N a (r,s,t ) = T i (r )T j (s )T k (t)

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    71/130

    N 1 = T 2(r ) × T 1(s) × T 1(t) = r − r ir 2 − r 1 = r

    N 2 = T 1(r ) × T 2(s) × T 1(t) = s − s1s2 − s1

    = s

    N 3 = T 1(r ) × T 1(s) × T 2(t ) = s − s 1s2 − s 1

    = t

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    72/130

    N 1(r,s,t ) = T 3(r ) × T 1(s) × T 1(t) = (r − r 1)( r − r 2)(r 3 − r 1)( r 3 − r 2)

    = r (2r − 1)

    N 2(r,s,t ) = T 3(s) × T 1(r ) × T 1(t ) = (s − s1)(s − s 2)(s3 − s1)(s3 − s2)

    = s(2s − 1)

    N 3(r,s,t ) = T 3(t) × T 1(r ) × T 1(s) = (t − t1)( t − t2)(t3 − t1)( t3 − t 2)

    = t(2t − 1)

    N 4(r,s,t ) = T 2(s) × T 2(r ) × T 1(t) = s − 00,5 − 0

    × r − 00,5 − 0

    × 1 = 4 rs

    N 5(r,s,t ) = T 2(s ) × T 2(s) × T 1(r ) = s − 0

    0,5 − 0

    × t − 0

    0,5 − 0

    × 1 = 4 st

    N 6(r,s,t ) = T 2(r ) × T 2(t) × T 1(r ) = r − 00,5 − 0

    × t − 00,5 − 0

    × 1 = 4 rt

    x y

    K ij = D A e xm yn dA K ij = Dc n +1 am +1 − (− b)m +1

    m!n !(m + n + 2)!

    −→

    K ij = D(2a )m +1 (2b)n +1

    (m + 1)( n + 1) −→

    m n

    K f x y

    K ij = T T K ij T f i = T T f i

    T =cos (xx ) cos(xy )

    cos (yx cos (yy )

    xx

    x

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    73/130

    (r,s,t )

    ∂ (r,s,t )∂x

    = ∂N 1

    ∂r∂r∂x

    + ∂N 1

    ∂s∂s∂x

    + ∂N 1

    ∂t∂t∂x

    ∂ (r,s,t )∂x =

    bi

    2Ae

    ∂ (r,s,t )∂y =

    ci

    2Ae

    A e r k s l tm dA = 2Ae k! × l! × m !(2 + k + l + m )! l ( e ) r k s l ds = le k! × l!(1 + k + l)!

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    74/130

    θi

    (u) (w)

    u w

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    75/130

    ν

    u = u(r, s )w(r, s )

    u w θ

    γ rθ γ zθ

    εr = ∂u∂r εz =

    ∂w∂z γ rz =

    ∂u∂z +

    ∂w∂r

    εr εz σrz

    r + u εθ

    εθ = 2π (r + u)

    2πr =

    ur

    ε =

    εr

    εz

    εθ

    σrz

    =

    ∂u∂r

    ∂w

    ∂z

    ur

    ∂u∂z +

    ∂w∂r

    σ = {σr , σ z , σ θ , τ rz }

    σr, σ

    z, σ

    θ γ

    rz

    σ = D (ε − ε0) + σ0

    D = E

    (1 + ν )(1 − 2ν )

    1 − ν ν ν 0

    ν 1 − ν ν 0

    ν ν 1 − ν 0

    0 0 0 1− 2ν 2

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    76/130

    dV = ( rdθ )dr.dz = rdθdA

    A 2π0 δε T σrdθdA = A 2π0 δu T brdθdA + 2π0 δu T brdθds + i 2π0 δu T i q i r i dθ

    b =br

    bz t =

    t r

    t z q i =

    q ri

    q zi

    θ

    2π A δε T σdA = 2π A δu T brdA + 2 π l δu T rds + 2 π i δa T i q i r i 2π

    q i

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    77/130

    u =u

    w=

    N 1 × u1 N 2 × u2 N 3 × u3

    N 1 × w1 N 2 × w2 N 3 × w3

    N = [N 1 , N 2 , N 3] =N 1 0 N 2 0 N 3 0

    0 N 1 0 N 2 0 N 3

    a e =

    a1

    a2

    a3

    = [u1, w1, u 2, w2, u 3, w3]T

    N i

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    78/130

    ε =3

    i =1

    ∂N i∂r 0

    0 ∂N i∂z

    N ir 0

    ∂N i∂z

    ∂N i∂r

    u i

    wi= [B 1 , B 2 , B 3]

    a 1

    a 2

    a 3

    = Ba e

    B i

    N ir

    B i

    B i = 12A

    bi 0

    0 ci

    (a i + bi r + c i z )r 0

    ci bi

    σ =3

    i =1

    B i Da (e ) − Dε 0 + σ0

    εθ = ur

    00 εθ

    εθ = εr εθ εr

    K e a e − f e = q e

    K (e )ij = 2 π

    A ( e )

    B T i DB j rdrdz

    K eij

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    f e = 2 π A N T brdA + 2 π l e N T trds + 2 π A B T Dε 0rdA − 2π A e B T σ0rdA f eb

    f et f eε f eσ

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    84/130

    •u i = K

    − 1D F i

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    F y 1 Mz 1 F y 2

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    ••

    • m4

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    θ2

    θ3

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    89/130

    F x 1 F y 1 Mz 1 F x 4 F y 4

    Mz 4

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    (x, y )

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    [ , ]

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    θi

    M zz

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    θi

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    π i

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    101/130

    K 11 , K 12 , K 21 , K 22

    π =

    1 2 3

    a 1 d

    b 2 e

    c 3 f

    1 4 4

    2 5 5

    3 6 6

    K T {π i [i, n ], π i [ j, n ]} ← K ni [i, j ]

    ←− K nij π(i, n ) π( j, n )

    [K ]

    π i

    π i

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    π i

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    103/130

    K i =

    AE L 0 0 −

    AE L 0 0

    0 12EI L 3 6EI L 2 0 − 12

    EI L 3 6

    EI L 2

    0 6EI L 2 4EI L 0 − 6

    EI L 2 2

    EI L

    − AE L 0 0 AE

    L 0 0

    0 − 12 EI L 3 − 6EI L 2 0 12

    EI L 3 − 6

    EI L 2

    0 6EI L 2 2EI L 0 − 6

    EI L 2 4

    EI L

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    104/130

    T =

    cos (θ) sen (θ) 0 0 0 0

    − sen (θ) cos(θ) 0 0 0 0

    0 0 1 0 0 0

    0 0 0 cos(θ) sen (θ) 0

    0 0 0 − sen (θ) cos(θ) 0

    0 0 0 0 0 1

    K g = T T K i T

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    105/130

    θ1 , v1 , u 1 , θ2 , v2 , u 2

    ug = N 1u 1 + N 2v1 + N 3θ1 + N 4u 2 + N 5v2 + N 6θ2

    N 1(x, l ) = 1 − xl

    N 2(x, l ) = 2(xl )3 − 3(

    xl )2 + 1

    N 3(x, l ) = x(1 − x

    l )2

    N 4(x, l ) = xl

    N 5(x, l ) = 3(xl )2 − 2(

    xl )3

    N 6(x, l ) = −x2

    l (1 −

    xl )

    K − 1D × F i = u i

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    107/130

    u i = T u i

    K i (T u i ) = F

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    108/130

    u i = N 1(u 1) + N 2(v1) + N 3(θ1) + N 4(u2) + N 5(v2) + N 6(θ3) + R i (x, l )

    θi = ∂N 1

    ∂x (u1) +

    ∂N 2∂x

    (v1) + ∂N 3

    ∂x (θ1) +

    ∂N 4∂x

    (u2) + ∂N 5

    ∂x (v2) +

    ∂N 6∂x

    (θ2) + R i (x, l )

    M i = EI ∂ 2u∂x 2

    = ∂ 2N 1

    ∂x 2 (u 1) +

    ∂ 2N 2∂x 2

    (v1) + ∂ 2N 3

    ∂x 2 (θ1) +

    ∂ 2N 4∂x 2

    (u2) + ∂ 2N 5

    ∂x 2 (v2) +

    ∂ 2N 6∂x 2

    (θ2) + R i (x, l )

    V i = EI ∂ 3u∂x 3

    = ∂ 3N 1

    ∂x 3 (u1) +

    ∂ 3N 2∂x 3

    (v1) + ∂ 3N 3

    ∂x 3 (θ1) +

    ∂ 3N 4∂x 3

    (u2) + ∂ 3N 5

    ∂x 3 (v2) +

    ∂ 3N 6∂x 3

    (θ2) + R i (x, l )

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    π i

    • πi

    u i , θ i , M i , V i•

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