diff --git a/sections/References.bib b/sections/References.bib index d45fe26..0b3e447 100755 --- a/sections/References.bib +++ b/sections/References.bib @@ -42,6 +42,16 @@ location = {Urbana, IL}, pages = {67--94}, } +@BOOK{hughes87, + author = {Hughes, T. J. R.}, + title= {The Finite Element Method Linear Static and Dynamic Finite Element Analysis}, + subtitle= {}, + publisher = {Prentice-Hall, Inc.}, + year = {1987}, + address = {Englewood Cliffs, NJ}, + edition = {}, + gender={sm}, +} @BOOK{tm409, author = {Gross, Dietmar and Hauger, Werner and Wriggers, Peter}, title = {Technische Mechanik}, diff --git a/sections/Theorie.tex b/sections/Theorie.tex index 8aed15b..f537a74 100755 --- a/sections/Theorie.tex +++ b/sections/Theorie.tex @@ -367,9 +367,10 @@ Die Umformung in die schwache Formulierung erfolgt analog zum statischen Fall \paragraph{Das FE"=Gleichungssystem}~\\ -... +~[[Massenmatrixumwandlung]] +Es resultiert das halbdiskrete Bewegungsgleichungssystem \[ - \tensor{M}\tensor{\hat{\ddt{u}}} + \tensor{D}\tensor{\hat{\dt{u}}} + \tensor{K}\tensor{\hat{u}} = \tensor{\hat{r}} + \tensor{M}\tensor{\hat{\ddt{u}}}(t) + \tensor{D}\tensor{\hat{\dt{u}}}(t) + \tensor{K}\tensor{\hat{u}}(t) = \tensor{\hat{r}}(t) \] Mit \(\tensor{M}\) als Massenmatrix, \(\tensor{D}\) als Dämpfungsmatrix und \(\tensor{K}\) als Steifigkeitsmatrix sowie \(\tensor{\hat{r}}\) als Lastvektor. @@ -401,11 +402,50 @@ Neben der Volumendiskretisierung wird für die Zeitintegration von transienten F \[ [0,T] = \bigcup \Delta t \quad \text{mit } \Delta t = t_{n+1} - t_n \] +Für das halbdiskrete zeitlich abhängige FE"=Gleichungssystem zum Zeitpunkt \(t_{n+1}\) +\[ + \tensor{M}\tensor{\hat{\ddt{u}}}_{n+1} + \tensor{D}\tensor{\hat{\dt{u}}}_{n+1} + \tensor{K}\tensor{\hat{u}}_{n+1} = \tensor{\hat{r}}_{n+1} +\] +erfolgt die Einschritt"=Zeitintegration beispielsweise nach Newmark \cite{newmark59} mit aktualisierter Verschiebung und Geschwindigkeit +\[ + \begin{Array}{rlll} \displaystyle + \tensor{\hat{\dt{u}}}_{n+1} &\displaystyle= \tensor{\hat{\dt{u}}}_{n} + \left[ (1-\delta)\tensor{\hat{\ddt{u}}}_{n} + \delta\tensor{\hat{\ddt{u}}}_{n+1} \right] \Delta t \\[1em]\displaystyle + \tensor{\hat{u}}_{n+1} &\displaystyle= \tensor{\hat{u}}_{n} + \tensor{\hat{\dt{u}}}_{n}\Delta t + \left[ \left(\frac{1}{2}-\alpha \right)\tensor{\hat{\ddt{u}}}_{n} + \alpha\tensor{\hat{\ddt{u}}}_{n+1} \right] \Delta t^2 + \end{Array} +\] +worin \(\alpha\) und \(\delta\) Newmark"=Parameter sowie +\(\tensor{\hat{\ddt{u}}}_{n}, \tensor{\hat{\dt{u}}}_{n}, \tensor{\hat{u}}_{n}\) die bekannten Knotenbeschleunigung, Knotengeschwindigkeit und Knotenverschiebung zum Zeitpunkt \(t_n\) sind. +Die Umschreibung des Gleichungssystem erfolgt nach einsetzen zu +\[ + \begin{Array}{llll} \displaystyle + \left[\frac{1}{\alpha\,\Delta t^2} \tensor{M} + + \frac{\delta}{\alpha\,\Delta t} \tensor{D} + \tensor{K}\right]\tensor{\hat{u}}_{n+1} =\\[1em] + \displaystyle \tensor{\hat{r}}_{n+1} + + \tensor{M}\left[ \frac{1}{\alpha\,\Delta t^2}\tensor{\hat{u}}_{n} + \frac{1}{\alpha\,\Delta t}\tensor{\hat{\dt{u}}}_{n} + \left(\frac{1}{2\alpha}-1\right)\tensor{\hat{\ddt{u}}}_{n} \right] + + \tensor{D}\left[ \frac{\delta}{\alpha\,\Delta t}\tensor{\hat{u}}_{n} + \left(\frac{\delta}{\alpha}-1\right)\tensor{\hat{\dt{u}}}_{n} + \frac{\Delta t}{2}\left(\frac{\delta}{\alpha}-2\right)\tensor{\hat{\ddt{u}}}_{n} \right] + \end{Array} +\] +Mit der jetzigen Kenntnis von \(\tensor{\hat{u}}_{n+1}\) können mit den folgenden Gleichungen \(\tensor{\hat{\dt{u}}}_{n+1}\) und \(\tensor{\hat{\ddt{u}}}_{n+1}\) bestimmt werden +\[ + \begin{Array}{llll} \displaystyle + \tensor{\hat{\dt{u}}}_{n+1} = \frac{\delta}{\alpha\,\Delta t}\left(\tensor{\hat{u}}_{n+1} - \tensor{\hat{u}}_{n}\right) - \left(\frac{\delta}{\alpha}-1\right)\tensor{\hat{\dt{u}}}_{n} - \frac{\Delta t}{2}\left(\frac{\delta}{\alpha}-2\right)\tensor{\hat{\ddt{u}}}_{n} + \\[1em] \displaystyle + \tensor{\hat{\ddt{u}}}_{n+1} = \frac{1}{\alpha\,\Delta t^2}\left( \tensor{\hat{u}}_{n+1} - \tensor{\hat{u}}_{n} \right) - \frac{1}{\alpha\,\Delta t}\tensor{\hat{\dt{u}}}_{n} - \left(\frac{1}{2\alpha}-1\right)\tensor{\hat{\ddt{u}}}_{n} + \end{Array} +\] +Die Stabilität und Genauigkeit beziehungsweise die numerischen Dämpfung wird mit dem Newmark"=Parameter \(\delta\) beziehungsweise mit \(\delta\) und \(\alpha\) gesteuert +\[ + \delta\geq\frac{1}{2}~,\quad \alpha\geq\frac{1}{4}\left(\frac{1}{2}+\delta\right)^2 +\] +Erfüllen die Newmark"=Parameter die obigen Bedingungen ist das Verfahren unbedingt stabil.\cite{hughes87} +Wird zusätzlich für die numerische Dämpfung der Newmark"=Methode eine Abklingkonstante \(\gamma\geq 0\) eingeführt, lassen sich die Newmark"=Parameter in Abhängigkeit der Abklingkonstante beschreiben +\[ + \delta = \frac{1}{2}+\gamma~,\quad + \alpha = \frac{1}{4}(1+\gamma)^2~,\quad + \gamma \geq 0 +\] -Zeitintegration nach Newmark \cite{newmark59}... +%\paragraph{Stationäre Analyse}~\\ -\paragraph{Stationäre Analyse}~\\ - - -\paragraph{Dämpfung}~\\ \ No newline at end of file +%\paragraph{Dämpfung}~\\ \ No newline at end of file