最新上海交通大学材料课件
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第5章 杆系结构有限元(1)有限元方法是在结构力学中的结构矩阵位移法的基础上发展起来的。
杆系结构:几何形状简单 杆系结构矩阵位移法:(直接有限元法): 杆的力与位移的关系容易求得 几乎包含了有限元的主要思想 (没有位移插值的问题)(2)基于最小势能原理的杆系结构FEM 分析5.1 直杆受轴向力杆的有限元受力特点: 只有轴向力的作用主要的控制方程:几何关系: x ux ε∂=∂应力应变关系: x x uE E xσε∂==∂边界条件: u u = (给定位移)uA E P x ∂⋅=∂ (给定载荷)平衡方程: 22()()x A uAE f x x x σ∂∂==∂∂最小势能原理的描述:200()2LLp EA u dx uf x dx x ∂⎛⎫∏=- ⎪∂⎝⎭⎰⎰直杆的解u 满足上述控制方程等价于u 使得势能p ∏取最小值。
同样的划分单元,并且单元和节点编号 单元编号:1,2,.....e N =节点编号:1,2,...i n =节点的位移和力向量[][][][]i ii i u p P δ==单元节点位移和节点力向量(总体编号)[][]i i e e j j u P p u P δ⎡⎤⎡⎤==⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦单元节点位移和节点力向量(局部编号)[][]1122e e u P p u P δ⎡⎤⎡⎤==⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦以下讨论基于变分原理的有限元。
假定直杆单元内任意一点的位移可以表示为两个节点位移的线性插值。
取单元的局部坐标 11ξ-≤≤ 1212()[(),()][,]Tu N N u u ξξξ= 多个节点参数eu N u ]][[=)1(21)(1ξξ-=N)1(21)(2ξξ+=N)(2c x x l-=ξN 的将单元节点位移和单元内任意一点的位移建立了联系。
这个联系(线性插值)是我们假定的,因此不同的单元,可以采用不同插值模式,也就形成了不同精度的单元。
由势能极小 0pe u ∂∏=∂并注意到 2ld dx ξ=1012()()()()l eT T dN dN EA dN dN K EA dx d dx dx l d d ξξξ+-==⎰⎰101()()2leTTlP N f x dx N f d ξξ+-==⎰⎰可以直接给出刚度矩阵的积分以及等效载荷(均布轴向载荷)列阵的计算类似的三节点单元以及其他更高级的单元。
材料科学基础课件上海交大材料科学基础课件上海交大篇一:上海交大材料科学基础课件教学大纲课程名称:材料科学基础/Fundamentals of Materials Science课堂学时:90实验学时:36适用专业:材料科学与工程类专业、冶金类专业和机电类专业一、课程的性质、地位、任务《材料科学基础》是材料类和冶金类专业的一门主干课,也是该专业的主要技术基础课。
通过讲课、实验、课堂讨论和课外实践等各个教学环节,将金属学、陶瓷学和高分子物理的基础理论融合为一体,以研究材料共性规律,即研究材料的成分、组织结构、制备工艺和性能之间的相互关系,指导材料的设计和应用,并为学习后继专业课程、从事材料科学研究和工程技术工作打下坚实的理论基础。
二、课程的教学内容和基本要求绪论(1学时)了解材料的发展史、材料科学的研究对象和内容以及学习本课程的目的意义和要求。
第一章原子结构和键合(4学时)了解物质由原子组成,而组成材料的各元素的原子结构和原子间的键合是决定材料性能的重要因素。
1 原子结构(一)、原子结构; (二)、原子间的键合; (三)、高分子链。
2 原子间的键合(一)、金属键 (二)、离子键(三)、共价键(四)、范德华力(五)、氢键3 高分子链(一)、结构单元的化学组成1.碳链高分子 2.杂链分子 3.元素有机高分子 4.无机高分子(二)、高分子链结构单元的键合方式1.均聚物结构单元顺序2.共聚物的序列结构(三)、高分子链的几何形状(四)、高分子链的构型第二章固体结构(8学时)固态原子按其原子(或分子)聚集的状态,可划分为晶体与非晶体两大类。
晶体中的原子在空间呈有规则的周期性重复排列;而非晶体中的原子则是无规则排列的。
材料的性能与材料各元素的原子结构和键合密切相关,也与固态材料中原子或分子在空间的分布排列和运动规律以及原子集合体的形貌特征密切相关。
1 晶体学基础(一)、晶体的空间点阵1.空间点阵概念2.晶胞3.晶系与布拉菲点阵4.晶体结构与空间点阵的关系(二)、晶向指数和晶面指数1.阵点坐标2.晶向指数3.晶面指数4.六方晶系指数5.晶带 6.晶面间距2 金属的晶体结构(一)、面心立方晶体结构的晶体学特征(二)、体心立方晶体结构的晶体学特征(三)、密排六方晶体结构的晶体学特征3 金属的相结构(一)、固溶体1.置换固溶体 2.间隙固溶体 3.有序固溶体 4.固溶体的性质(二)、中间相1.正常价化合物 2.电子化合物3.原子尺寸因素化合物(ⅰ)间隙相和间隙化合物(ⅱ)拓扑密堆相 4 离子晶体结构(一)、NaCl型结构 (二)、萤石型结构 (三)、CsCl型结构 (四)、a-Al2O3型结构5 共价晶体结构(一)、金刚石结构 (二)、SiO2结构(三)、VA、VIA族亚金属结构6 聚合物晶态结构(一)、晶胞结构(二)、晶态结构模型 (三)、聚合物结晶形态7 非晶态结构第三章晶体缺陷(12学时)实际晶体常存在各种偏离理想结构的区域晶体缺陷。