TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA AUGUSTI 2018

Relevanta dokument
TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA JANUARI 2017

TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA AUGUSTI 2017

TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA JANUARI 2018

TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA APRIL 2016

TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA AUGUSTI 2016

TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA APRIL 2018

Tentamen TMV210 Inledande Diskret Matematik, D1/DI2

LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER AV FÖRSTA ORDNINGEN

Kontrollskrivning Introduktionskurs i Matematik HF0009 Datum: 25 aug Uppgift 1. (1p) Förenkla följande uttryck så långt som möjligt:

2. Bestäm en ON-bas i det linjära underrummet [1 + x, 1 x] till P 2 utrustat med skalärprodukten

Institutionen för teknisk mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD (M3) MHA MARS 2002

SEPARABLA DIFFERENTIALEKVATIONER

TENTAMEN I MATEMATIK MED MATEMATISK STATISTIK HF1004 TEN

Tentamen i Matematik 1 HF1901 (6H2901) 8 juni 2009 Tid:

Tentamen i FEM för ingenjörstillämpningar (SE1025) den 3 juni 2010 kl

4.1 Förskjutning Töjning

Om i en differentialekvation saknas y, dvs om DE har formen F ( x, . Ekvationen z ) 0. Med andra ord får vi en ekvation av ordning (n 1).

24 poäng. betyget Fx. framgår av. av papperet. varje blad.

1 (3k 2)(3k + 1) k=1. 3k 2 + B 3k(A + B)+A 2B =1. A = B 3A =1. 3 (3k 2) 1. k=1 = 1. k=1. = (3k + 1) (n 1) 2 1

TNA003 Analys I Lösningsskisser, d.v.s. ej nödvändigtvis fullständiga lösningar, till vissa uppgifter kap P4.

4.1 Förskjutning Töjning

TENTAMEN Kurs: HF1903 Matematik 1, moment TEN2 (analys) Datum: 22 dec 2016 Skrivtid 8:00-12:00

Räkneövning i Termodynamik och statistisk fysik

Kurs: HF1903 Matematik 1, Moment TEN2 (Analys) Datum: 21 augusti 2015 Skrivtid 8:15 12:15. Examinator: Armin Halilovic Undervisande lärare: Elias Said

Undervisande lärare: Fredrik Bergholm, Elias Said, Jonas Stenholm Examinator: Armin Halilovic

Kontinuerliga fördelningar. b), dvs. b ). Om vi låter a b. 1 av 12

spänner upp ett underrum U till R 4. Bestäm alla par av tal (r, s) för vilka vektorn (r 3, 1 r, 3, 22 3r + s) tillhör U. Bestäm även en bas i U.

Tentamen i SG1140 Mekanik II, Inga hjälpmedel förutom: papper, penna, linjal, passare. Lycka till!

TENTAMEN Kurs: HF1903 Matematik 1, Moment: TEN2 (analys) Datum: Lördag, 9 jan 2016 Skrivtid 13:00-17:00

Tryckkärl (ej eldberörda) Unfired pressure vessels

1. Låt M, +,,, 0, 1 vara en Boolesk algebra och x,

(x y) 2 e x2 y 2 da, D. där D är den triangelskiva som har sina hörn i punkterna (0, 0), (0, 2) och (2, 0). dx + y 3 e y dy,

ATLAS-experimentet på CERN (web-kamera idag på morgonen) 5A1247, modern fysik, VT2007, KTH

TEORETISKT PROBLEM 3 VARFÖR ÄR STJÄRNOR SÅ STORA?

Tentamen 2008_03_10. Tentamen Del 1

Föreläsning 1. Metall: joner + gas av klassiska elektroner =1/ ! E = J U = RI = A L R E = J = I/A. 1 2 mv2 th = 3 2 kt. Likafördelningslagen:

Del 1 Teoridel utan hjälpmedel

Vid tentamen måste varje student legitimera sig (fotolegitimation). Om så inte sker kommer skrivningen inte att rättas.

Uppgift 1. (4p) (Student som är godkänd på KS1 hoppar över uppgift 1.) b) Bestäm volymen av parallellepipeden som spänns upp av vektorerna

Tentamen i Kemisk termodynamik kl 8-13

arctan x tan x cot x dx dz dx arcsin x x 1 ln x 1 log DERIVERINGSREGLER och några geometriska tillämpningar

Tentamen i Linjär algebra , 8 13.

KONTINUERLIGA STOKASTISKA VARIABLER ( Allmänt om kontinuerliga s.v.)

ANALYS AV DITT BETEENDE - DIREKTIV

ICKE-HOMOGENA LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER MED KONSTANTA KOEFFICIENTER, ENKLA HÖGERLED

Knagge. Knaggarna tillverkas av 2,0 ± 0,13 mm galvaniserad stålplåt och har 5 mm hål för montering med ankarspik eller ankarskruv.

Revisionsrapport 7/2010. Åstorps kommun. Granskning av intern kontroll

i) exakt en lösning ii) oändligt många lösningar iii) ingen lösning.

HOMOGENA LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER MED KONSTANTA KOEFFICIENTER

Räkneövningar populationsstruktur, inavel, effektiv populationsstorlek, pedigree-analys - med svar

ICKE-HOMOGENA LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER MED KONSTANTA KOEFFICIENTER, ENKLA HÖGERLED

Hittills på kursen: E = hf. Relativitetsteori. vx 2. Lorentztransformationen. Relativistiskt dopplerskift (Rödförskjutning då källa avlägsnar sig)

TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA JANUARI 2016

Lösningar till ( ) = = sin x = VL. VSV. 1 (2p) Lös fullständigt ekvationen. arcsin( Lösning: x x. . (2p)

Matematisk statistik

Umeå Universitet Institutionen för fysik Daniel Eriksson/Leif Hassmyr. Bestämning av e/m e

Algebra och geometri 5B Matlablaboration

INTRODUKTION. Akut? RING:

Föreläsning 5 och 6 Krafter; stark, elektromagnetisk, svag. Kraftförening

Anmärkning1. L Hospitals regel gäller även för ensidiga gränsvärden och dessutom om

där a och b är koefficienter som är större än noll. Här betecknar i t

Föreläsning 10 Kärnfysiken: del 2

247 Hemsjukvårdsinsats för boende i annan kommun

re (potensform eller exponentialform)

where β R. Find the numbers β for which the operator är diagonalizable, and state a basis of eigenvectors for each of these β.

Tentamensskrivning i Mekanik, Del 2 Dynamik för M, Lösningsförslag

LINJÄRA SYSTEM repetitions- och tentamensfrågor. Matrisräkning (rep.)

NÅGRA OFTA FÖREKOMMANDE KONTINUERLIGA FÖRDELNINGAR. Fördelningsfunk. t 2

Del 1 Teoridel utan hjälpmedel

Tentamen 1 i Matematik 1, HF sep 2017, kl. 9:00-13:00

Elementær diskret matematikk, MA0301, våren 2011

Robin Ekman och Axel Torshage. Hjälpmedel: Miniräknare

Bengt Sebring September 2002 Sida: 1 Ordförande GRANSKNINGSRAPPORT 2/2002

11. Egenvärden och egenvektorer

S E D K N O F I AVM 960 AVM 961 AVM

TENTAMEN Datum: 28 maj 08 TEN1: Differentialekvationer, komplexa tal och Taylors formel

6.14 Triangelelement (CST Constant Strain Triangle)

Tentamen i SG1140 Mekanik II, Hjälpmedel: Papper, penna, linjal. Lycka till! Problem

lim lim Bestäm A så att g(x) blir kontinuerlig i punkten 2.

Slumpjusterat nyckeltal för noggrannhet vid timmerklassningen

GRAFISK PROFILMANUAL SUNDSVALL NORRLANDS HUVUDSTAD

Epipolärgeometri och den fundamentala matrisen. Epipolarlinje. Epipoler. Exempel. vara dess avbildning i två bilder genom

Lektionsuppgifter i regressionsanalys

om de är minst 8 år gamla

Arkitekturell systemförvaltning

Åstorps kommun. Revisionsrapport nr 4/2010. Granskning av kommunens kommunikation med medborgarna

Kaffe 5 kr Bulle 5 kr Kaffe och bulle 8 kr

Ekosteg. En simulering om energi och klimat

Bengt Sebring September 2000 Sida: 1 Ordförande GRANSKNINGSRAPPORT 2/2000

DEMONSTRATION TRANSFORMATORN I. Magnetisering med elström Magnetfältet kring en spole Kraftverkan mellan spolar Bränna spik Jacobs stege

6.14 Triangelelement (CST Constant Strain Triangle)

Delårsrapport

Inlämningsuppgift 2 i Digital signalbehandling ESS040, HT 2010 Måndagen den 22 november 2010 i E:B.

Modersmål - på skoj eller på riktigt

Lösningsförslag: Tentamen i Modern Fysik, 5A1246,

Transformkodning. Transformkodning. Transformkodning. Transformkodning Grundläggande idé. Linjära transformer. Linjära transformer ( ) ( ) ( )

Uppskatta ordersärkostnader för tillverkningsartiklar

Per Sandström och Mats Wedin

TRAFIKUTREDNING SILBODALSKOLAN. Tillhör detaljplan för Silbodalskolan Årjängs kommun. Upprättad av WSP Samhällsbyggnad,

Bengt Sebring OKTOBER 2001 Sida: 1 Ordförande GRANSKNINGSRAPPORT 4/2001

Transkript:

Mkanik och maritima vtnskapr, Chalmrs tkniska högskola ENAMEN I FINI ELEMENMEOD MHA 9 AUGUSI 8 id och plats: 4 8 i M hust Hjälpmdl: ypgodkänd räknar. Lösningar Lärar: Ptr Möllr, tl (77) 55. Bsökr sal ca. kl 5. samt 7.. Lösningar: Anslås på kurshmsidan samt på institutionn (3 vån. i M hust) snast 3/8. Btygsättning: En fullständig och korrkt lösning på n uppgift gr poäng nligt vad som angs på uppgiftslappn. Smärr fl ldr till poängavdrag. Ofullständig lösning (svar på ställt problm saknas) llr omfattand fl gr int något poäng. Maximal poäng är. Dt krävs 8 poäng för btyg 3; poäng gr btyg 4; för btyg 5 krävs 6 poäng. Obsrvra att ovanstånd är btygssättning på nbart tntamn; för godkänd xamination krävs dssutom godkända inlämningsuppgiftr. Rsultatlista: Anslås snast /9 på samma ställ som lösningarna. Rsultatn sänds till btygsxpditionn snast 3/9 för kursdltagar som int har alla inlämningsuppgiftr godkända vid dtta tillfäll inrapportras btygt U (undrkänd). Granskning: isdag /9 3 i institutionns lokalr. änk på: Skriv så att dn som ska rätta, kan läsa och förstå hur du tänkr. Dn som rättar tntamn gissar int llr antar int vad du mnar/tänkr ndast vad som vrklign skrivs har btydls vid poängsättningn. Förklara/dfinira införda btckningar. Rita tydliga figurr. Ang i förkommand fall vad som är positiva/ngativa riktingar (på t.x förskjutningar och kraftr). Gör du antagandn utövr d som angs i uppgiftstxtn, så ang dtta xplicit och förklara dssa. 8 8 9/PWM

Btrakta värmldning gnom tt golv som är uppbyggt nligt figurn. mpraturfördlningn u( x) gs av lösningn till randvärdsproblmt rä u C x [m],8,5 d du k < x <,8 m u( ) C u(,8 m) C Btong Isolring u C,5 där k,4 W/m C < x <,5 m, 7 W/m C,5 m < x <,5 m, 4 W/m C,5 m < x <,8 m är värmkonduktivittn och W/m )). du k är värmflödt (värmnrgi pr tids och aranht (t.x a: Variations och FE formulra problmt md tstfunktionr nligt Galrkins mtod. (3p) b: Btrakta tt linärt lmnt för problmt. På dtta är FE approximationn α + α x x α α N N x j h x j + x j x j + x Visa hur man md C matrismtodn kan ta fram uttryck för d två basfunktionrna och N (p) N c: Bräkna tmpraturn i d två gränsskiktn ( x,5 m rspktiv x,5 m ) gnom att lösa problmt md 3 linära lmnt. Elmntstyvhtsmatrisn för tt lmnt md längd h gs av K k h -- (3p) d: Bräkna värmflödt nligt FE approximationn. (p) 8 8 9/PWM

Btrakta randvärdsproblmt u u x + f i u på Γ Här är u u y) obkant, f f y) n givn funktion, är tt områd i y) plant och Γ dss rand. Låt a( u, v) ( v) ud ( v, vfd där v är n nästan godtycklig tstfunktion (viktsfunktion) och är gradintopratorn. x D inr produktrna a (*, *) och (*, *) är båda symmtriska och linära i båda sina argumnt. Dt gällr också att a( v, v), md a( v, v) v. Variationsproblmt, dn svaga formn av randvärdsproblmt, kan då skrivas: Bstäm u V så att a( u, v) ( v, v V a: Dfinira funktionsrummt V för dtta problm, dvs ang för vilka funktionr variationsproblmt har n väldfinirad mning (p) b: Visa att lösningn till variationsproblmt minimrar dn kvadratiska funktionaln Π( v) --a ( v, v) ( v,, d.v.s visa att Π( u) Π( v) v V, md likht ndast om v u (p) c: Btrakta n konform FE approximation. Md konform mnas att FE rummt är tt undrrum till V : V h V. FE-formulringn, md tstfunktionr nligt Galrkin, blir: V h Bstäm V h så att a(, v) ( v, v V h Visa att diskrtisringsflt u är nrgiortogonalt mot V h : a(, v) v V h (p) d: Låt a( v, v) btckna nrginormn av funktionn v. Visa att a u a (p) v a a 3 8 8 9/PWM

3 Btrakta n rktangulär skiva md brdd B och höjd H, som i sin mittpunkt har tt hål md diamtrn R. Matrialt är linärt lastiskt och skivan blastas md n kantlast (kraft/yta). Eftrsom vi här har två symmtriaxlar, räckr dt md att studra n fjärddl av skivan nligt figurn brvid. H y Dn svaga formn (variationsproblmt) av lasticittskvationrna blir i frånvaro av volymslast och utan införand av randvillkor R B x ( v) D( u) d Γ v t σ där Γ btcknar randn till områdt, t x n x + τ xy n y är traction vktorn, t y τ xy n x + σ y n y t x n n x n y är n utåtriktad nhtsnormal på Γ, x, v v x y) y) är n x vktor md tstfunktionr, u ε x ε y γ xy ε är töjningarna på grund av dn obkanta förskjutningn u u x y) u y y), och D är Hook matrisn som rlatrar spänningn σ σ x σ y τ xy till töjningarna nligt σ Dε a: Ang d randvillkor som krävs för att lösa problmt och utvckla randintgraln i dn svaga formn så långt som möjligt. (p) b: FE formulra problmt md tstfunktionr nligt Galrkins mtod och härld matrisn för tt lmnt md 3 basfunktionr. (3p) B Lösning a: Multiplicra diffrntialkvationn md n tstfunktion v d du områdt (intrvallt): v k. Eftr partialintgration fås,8m dv du k och intgrra övr du. Eftrsom är obkant vid x och vid x,8 m bgränsar vi valt av tstfunktionr till d som uppfyllr v( ) v(,8 m). Variationsproblmt blir då att hitta u så att du kv,8m,8m v( x),8m dv du k v( ) v(,8 m) u( ) C u(,8 m) C 4 8 8 9/PWM

FE formulring: Approximra dn obkanta funktionn md n linärkombination av basfunktionr: u Na ; här är N N ( x) N n ( x) n vktor md basfunktionrna och a a a n är obkanta nodvariablr. stfunktionrna väljs nligt Galrkins mtod: v,8m. Insättning gr k dn dn a md villkorn N( )a C och N(,8 m)a C Lösning b: Låt a j ( x j ) och a j + ( x j + ) vara FE approximationn i d två nodrna. Vi vill uttrycka approximationn som N aj + N aj + på lmntt. Samla d två basfunktionrna i radvktorn och nodvariablrna i kolumnvktorn a a j a j ; vi kan då N N N skriva N a Nα, där N x och α α α. Vi får då N,, N n + a j x j α + x j + α a j a Cα där C x j x j + Md C har man då, så och alltså h -- x j + x j α C a Nα NC a N NC x h -- x j + x j x j + x ------------------- x ------------ xj h h Lösning c: Använd tt lmnt för varj matrial. Om lmnt och nodvariablr numrras ndifrån och upp, får vi bidragn K,8, K 7 och K 3 4 ----- 3 till vänstrldt i FE formulringn. D fyra kvationrna blir då a a a a 4,8,8,8 7,8 7 7,6667 4,6667 4,6667 4,6667 a a a 4 Randvillkorn gr att a och a 4, så vi får,8 7,8 7 7,6667 4,6667 a 93,333 93,333 Första och sista kvationn har fåtts gnom att välja tstfunktionrna v N rspktiv v N 4, 5 8 8 9/PWM

mn ftrsom dssa val int uppfyllr villkorn v( ) v(,8m) är dssa kvationr ogilltiga; vi får då kvar 7,8 7 7,6667 a 93,333, som har lösningn a a 6,4 3 7,9 C Lösning d: Vid stationära förhållandn blir värmflödt d k lika i alla lmnt. Vi räknar d 7,9 här ut i dt övrsta lmntt: k,4 -------------------------- 3, W/m (minustcknt angr,8,5 att flödt går i ngativ x ld). Förlustn är cw pr kvadratmtr golvyta. Lösning a: Ingånd funktionr ( u och v ) måst uppfylla väsntliga randvillkor, d.v.s vara noll på randn, vara kvadratiskt intgrrbara samt ha kvadratiskt intgrrbara första drivator. V v: v på Γ v ( v), d <, vd < Lösning b: Välj godtycklig funktion v V och bilda w v u där u är lösningn till variationsproblmt. Vi har då där vi utnyttjat att a (*, *) och (*, *) båda är linära i sina argumnt. Vidar är dn inr produktn symmtrisk, så d två sista trmrna blir a( u, ( w, ; mn a( u, ( w, ftrsom u är n lösning till variationsproblmt. Slutlign konstatrar vi att a( w,, md likht ndast om w d.v.s då v u. Vi har då att π( v) π( u) + --a ( w,, md π( v) π( u) ndast då v u Lösning c: Vi har nligt variationsproblmt att π( v) π( u + --a ( u + w, a + ( u + w, -- ( a( u, u + + a( w, u + ) ( u, ( w, -- ( a( u, u) + a( u, + a( w, u) + a( w, ) ( u, ( w, π( u) + --a ( w, + -- ( a( w, u) + a( u, ) ( w, och nligt FE problmt att a(, v) ( v, v V h V. Subtrahras dss får vi a( u, v) a(, v) v V h. Utnyttja linäritt i första argumntt: a( u, v) v V h llr a(, v) v V h a( u, v) ( v, v V Lösning d: Utnyttja dfinitionn av nrginormn, att u samt att a (*, *) är symmtrisk och linär i båda argumntn a a(, ) a( u, u ) a( u, u) + a(, ) a( u, ) Sätt u + i sista trmn och använd linäritt a a( u, u) + a(, ) a( +, ) a( u, u) + a(, ) a(, ) a(, ) Här är a(, ) ftrsom V h, så vi har a a( u, u) a(, ) varur likhtn följr. 6 8 8 9/PWM

Lösning 3a: På Γ finns ingn tangntiallast, så t x mdan blastningn i y ld gr att t y. Randn Γ är fri och oblastad, så t x t y. På symmtrirandn Γ 3 måst vi ha u x och t y ; på analogt sätt har vi u y och t x på Γ 4. Insättning gr då Γ 3 Γ Γ v t v x v x t v x v x + + y + v x Γ Γ Γ Γ 3 Γ 4 t y Γ 4 På Γ 3 och Γ 4 är t x rspktiv t y obkanta stödraktionr, så vi bgränsar valt av tstfunktionr till sådana som uppfyllr v x på Γ 3 och på Γ 4. Vi har då v t v x Γ Γ Lösning 3b: Approximra dn obkanta vktorn u md n linärkombination av basfunktionr: u x N Na, där N N N N innhållr basfunktionrna, N i N i y), y N N N N och a a x a y a x a y a Nx a Ny är nodvariablrna. Välj sdan vktorn md tstfunktionr nligt Galrkin, dvs som basfunktionrna: v gr då ( N ) D( N) d a N. N,,, N N, N n kvation och vi kan uttrycka rsultatt som tt kvationssystm om vi sättr v Γ N N ; varj val gr upphov till N. Insättning Ett lmnt md 3 basfunktionr på områdt, gr bidragt K ( N ) D( N ) d till vänstrldt i FE formn; här innhållr N d basfunktionr som är skiljda från noll på lmntt: B N N N 3 N N3 N x N x N N x x 7 8 8 9/PWM