EKSAMEN I MEK4550: Elementmetoden i faststoffmekanikk

Like dokumenter
UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Kapittel: 9. MEK4550 Elementmetoden i faststoffmekanikk I. (E-post:ges@math.uio.no) Universitetet i Oslo. Avdeling for Mekanikk Geir Skeie

EKSAMEN I NUMERISK LØSNING AV DIFFERENSIALLIGNINGER MED DIFFERANSEMETODER (TMA4212)

Eksamensoppgave i TKT4124 Mekanikk 3

7 Rayleigh-Ritz metode

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag. Side 1 av 6. Faglig kontakt under eksamen: Navn: Brynjulf Owren (93518)

6 Prinsippet om stasjonær potensiell energi

EKSAMEN I NUMERISK LØSNING AV DIFFERENSIALLIGNINGER MED DIFFERANSEMETODER (TMA4212)

UNIVERSITETET I BERGEN

EKSAMEN I FAG TMA4220 NUMERISK LØSNING AV PARTIELLE DIFFERENSIALLIGNINGER VED HJELP AV ELEMENTMETODEN

EKSAMEN I NUMERISK MATEMATIKK(TMA4215) Lørdag 20. desember 2003 Tid: 09:00 14:00, Sensur:

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

Eksamen i emnet M117 - Matematiske metodar Onsdag 7. september 2001, kl Løysingsforslag:

Eksamensoppgave i TKT4124 Mekanikk 3

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FAG TEP4170 VARME- OG FORBRENNINGSTEKNIKK 18. mai 2007 Tid:

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgavene er hentet fra fagets lærebok, Hass, Weir og Thomas, samt gamle eksamener.

IR Matematikk 1. Eksamen 8. desember 2016 Eksamenstid 4 timer

The full and long title of the presentation

UNIVERSITETET I OSLO

MET Matematikk for siviløkonomer

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

EKSAMEN I EMNE TKT4124 MEKANIKK 3

Eksamen R2, Høst 2012

Oppgavesettet er på 3 sider eks. forside, og inneholder 12 deloppgaver: 1abc, 2, 3, 4abc, 5ab, 6ab.

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Onsdag 28. mai 2003

EKSAMEN I FAG TMA4260 INDUSTRIELL STATISTIKK

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

Forkurs, Avdeling for Ingeniørutdanning

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

EKSAMEN I FAG SIF5050 NUMERISK LØSNING AV PARTIELLE DIFFERENSIALLIGNINGER VED HJELP AV ELEMENTMETODEN

Eksamen i TMA4180 Optimeringsteori Løsningsforslag.

f (x) = a 0 + a n cosn π 2 x. xdx. En gangs delvisintegrasjon viser at 1 + w 2 eixw dw, 4 (1 + w 2 ) 2 eixw dw.

EKSAMEN I TMA4180 OPTIMERINGSTEORI

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: MAT-1003 Dato: Tirsdag 15. desember 2015 Tid: Kl 15:00 19:00 Sted: Åsgårdvegen 9

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i MA1101 Grunnkurs i analyse

EKSAMENSOPPGAVE. Fys-1002 Elektromagnetisme. Adm.bygget B154 Kalkulator med tomt dataminne, Rottmann: Matematisk formelsamling

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Anvendt Robotteknikk Konte Sommer 2019 EKSAMEN HARIS JASAREVIC

MEK4540/9540 Høsten 2008 Løsningsforslag

MAT Prøveeksamen 29. mai - Løsningsforslag

Eksamen R2, Våren 2011 Løsning

UNIVERSITETET I OSLO

8 Kontinuumsmekanikk og elastisitetsteori

UNIVERSITETET I OSLO

MEK2500 Faststoffmekanikk Forelesning 1: Generell innledning; statisk bestemte kraftsystemer

Eksamen i emnet MAT111/M100 - Grunnkurs i matematikk I Mandag 15. desember 2003, kl (15) LØYSINGSFORSLAG OPPGÅVE 2:

3x ( x. x 1 x a 3 = 1 2 x2. a) Bestem rekkens kvotient og rekkens første ledd.

a 2 x 2 dy dx = e r r dr dθ =

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen 1T høsten 2015

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I MATEMATIKK 4N/D (TMA4125 TMA4130 TMA4135) Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag

Løsningsforslag TFE4120 Elektromagnetisme 13. mai 2004

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN BOKMÅL STEMMER. DATO: TID: OPPG. SIDER: VEDLEGG: 3 desember :00-13: FAGKODE: IR Matematikk 1

MOT310 Statistiske metoder 1, høsten 2006 Løsninger til regneøving nr. 8 (s. 1) Oppgaver fra boka:

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave 14 til 9. desember: I polynomiringen K[x, y] i de to variable x og y over kroppen K definerer vi undermengdene:

Eksamen, høsten 14 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Høgskoleni østfold EKSAMEN

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN. Ingeniør- og Fleksibel ingeniørutdanning.

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FAG TMA4275 LEVETIDSANALYSE

UNIVERSITETET I OSLO

Oppsummering MA1101. Kristian Seip. 23. november 2017

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN, MAT 1001, HØSTEN (x + 1) 2 dx = u 2 du = u 1 = (x + 1) 1 = 1 x + 1. ln x

UNIVERSITETET I OSLO

Institutt for matematiske fag EKSAMEN i MA-132 Geometri Torsdag 4. desember 2008 kl Oppgave 1

Oppgave 1. e rt = 120e. = 240 e

IR Matematikk 1. Utsatt Eksamen 8. juni 2012 Eksamenstid 4 timer

Løsning til øving 23 for FY1004, våren 2008

Onsdag og fredag

EKSAMEN I NUMERISK MATEMATIKK (TMA4215)

Tillegg om strømfunksjon og potensialstrøm

UNIVERSITETET I OSLO

STK juni 2018

Eksamensoppgave i MA0002 Brukerkurs i matematikk B - LØSNING

Transkript:

EKSAMEN I MEK4550: Elementmetoden i faststoffmekanikk Tillatte hjelpemidler: Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Tid: Onsdag 14. januar 0900-1200. Oppgave 1 (ekt 1/3) a) Potensiell energi er utgangspunktet for elementmetoden. Hvilke ligninger løses ved å minimere potensiell energi? (a) likevekt (b) kontinuitet (c) energi b) Hva er den ukjente størrelsen i PMPE? (a) spenninger (b) forskyvninger (c) nodekrefter c) I elementmetoden basert på prinsippet om minimum potensiell energi antar vi forskyvninger på formen u(x) = N(x)d Hva kalles funksjonene i N? Hva samler vi i d? d) Anta at vi har et stavelement. Skriv opp det formelle uttrykket (matriseuttrykket) for forskyvningsinterpolasjon når u = u e) Anta at vi har et membran/skivelement. Skriv opp det formelle uttrykket (matriseuttrykket) for forskyvningsinterpolasjon når { } u u = v 1

f) Tøyningene finnes fra uttrykket ε = u = Bd For et stavelement er = d dx is uttrykket for tøyninger når vi benytter forskyvningsantagelser tilsvarende oppgave d). g) Tøyningene for skiver er gitt ved = x 0 0 y y x is uttrykket for tøyninger når vi benytter forskyvningsantagelser tilsvarende oppgave e). h) Benytt uttrykket for tøyningsenergi U = σ T ε d = ε T Eε d til å finne et uttrykk for stivhetsmatrisen ved å benytte uttrykk fra tidligere i oppgaven. i) i kan benytte uttrykket for energien til ytre krefter W = u T F d + u T Φ ds S t til å finne et uttrykk for lastvektoren. j) Dersom vi utvider materialloven til σ = E(ε ε 0 ) + σ 0 hvordan blir nå uttrykket for lastvektoren? Endres uttrykket for stivhetsmatrisen? 2

Oppgave 2 (ekt 1/3) y, v x, u 1 (x 1, y 1 ) 3 (x 3, y 3 ) 6 (x 6, y 6 ) 5 (x 5, y 5 ) 4 (x 4, y 4 ) 2 (x 2, y 2 ) Figuren viser et seksknutepunkters rettsidet trekant skiveelement. Elementets geometri er gitt ved tykkelsen h og koordinatene til knutepunktene (x i, y i ) for i = 1, 2, 3. Hvert knutepunkt i = 1, 2, 3, 4, 5, 6 har frihetsgrader (u i, v i ). For elementet er det vanlig å benytte naturlige koordinater som er definert ved trekantens hjørneknutepunker, (x i, y i ), ved 1 1 1 1 ζ 1 x = x 1 x 2 x 3 ζ 2 y y 1 y 2 y 3 ζ 3 der ζ i er de såkalte arealkoordinatene. Elementets forskyvningsfelt kan nå uttrykkes ved interpolasjonsfunksjoner basert på de naturlige koordinatene N 0 = { ζ 1 (2ζ 1 1) ζ 2 (2ζ 2 1) ζ 3 (2ζ 3 1) 4ζ 1 ζ 2 4ζ 2 ζ 3 4ζ 3 ζ 1 } a) Uttrykk forskyvningene i elementet ved hjelp av generaliserte forskyvningsmønstre N q { } [ ] { } u N u = = q0 0 qu = N v 0 N q q q0 Finn interpolasjonsfunksjonene N q0 = {N q1, N q2, N q3, N q4, N q5, N q6 } ved å ta utgangspunkt i Pascals trekant. b) Finn de tilhørende tøyningene ved matrisen B q i uttrykket ε xx u, x ε = ε yy = v, y = B qq 2ε xy u, y +v, x 3 q v

hvor u, x = u x og tilsvarende for de andre uttrykkene. c) Klassifiser de generaliserte forskyvningene i N q0 = {N q1, N q2, N q3, N q4 } etter de tre klassene - stivlegememønstre - konstante tøyningsmønstre - høyereordens mønstre d) Anta nå at vi istedet for å benytte generaliserte forskyvninger til å uttrykke forskyvningene tar utgangspunkt i interpolasjonsfunksjonene som er knyttet til knutepunktsforskyvningene { } [ ] { } u N u = = 0 0 vu = Nv v 0 N 0 v v is hvordan man kommer fram til utrykket for ε xx for et vilkårlig element av denne typen når forskyvninigsfeltet er uttrykt ved de naturlige koordinatene. (Benytt relasjonene som er gitt i innledningen til oppgaven.) Oppgave 3 (ekt 1/3) Alle delspørsmålene i denne oppgaven er i prinsippet uavhengig av hverandre. Svar kort og presist på hvert delspøsmål. a) Hvilke to hovedkrav må elementmetodens antatte forskyvningsfunksjoner tilfredsstille for at vi skal kunne garantere at metodens løsning konvergerer mot den riktige løsningen ved stadig finere elementinndeling? b) Hva er formålet med Patch testen. Sett opp et komplett Patch test problem for et stavelement, der alle randkrav settes på som foreskrevne forskyvninger. Angi hva som indikerer om testen er oppfylt eller ikke. Tøyningsrelasjonen, materialloven og den totale potensielle energien for bjelkeproblemet er gitt ved: ε xx = du dx N xx = EAε xx Π(u) = 1 N xx ε xx dx 2 l l qu dx 4

c) is hvordan en kan benytte to punkts Gauss integrasjon til å etablere uttrykket for integralet hvor Gauss integrasjon er gitt ved 5 4 φ(x) dx φ(x) = (1 x) 2 1 1 f(ξ) dξ = 2 = w i f(ξ i ) i=1 hvor w 1 = w 2 = 1 og ξ 2 = ξ 1 = 1/ 3. Anta en lineær sammenheng mellom x og ξ. d) Finnes det punkter i modellen hvor forskyvninger og spenninger er mer nøyaktig enn i andre punkter? I så fall: I hvilke punkter er forskyvningene mest nøyaktig? Og spenningene? 5