TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA AUGUSTI 2016

Relevanta dokument
TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA AUGUSTI 2017

TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA AUGUSTI 2018

TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA JANUARI 2018

TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA JANUARI 2017

TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA APRIL 2016

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

4.1 Förskjutning Töjning

LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER AV FÖRSTA ORDNINGEN

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

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

SEPARABLA DIFFERENTIALEKVATIONER

Tentamen TMV210 Inledande Diskret Matematik, D1/DI2

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

TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA APRIL 2018

4.1 Förskjutning Töjning

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

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

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

TENTAMEN I FINIT ELEMENTMETOD MHA JANUARI 2016

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

TENTAMEN I MATEMATIK MED MATEMATISK STATISTIK HF1004 TEN

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

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).

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

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

Räkneövning i Termodynamik och statistisk fysik

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

(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,

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!

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

ICKE-HOMOGENA LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER MED KONSTANTA KOEFFICIENTER, ENKLA HÖGERLED

ICKE-HOMOGENA LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER MED KONSTANTA KOEFFICIENTER, ENKLA HÖGERLED

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

TEORETISKT PROBLEM 3 VARFÖR ÄR STJÄRNOR SÅ STORA?

HOMOGENA LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER MED KONSTANTA KOEFFICIENTER

Tentamen 2008_03_10. Tentamen Del 1

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

Algebra och geometri 5B Matlablaboration

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

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

Tryckkärl (ej eldberörda) Unfired pressure vessels

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

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

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

Robin Ekman och Axel Torshage. Hjälpmedel: Miniräknare

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

6.14 Triangelelement (CST Constant Strain Triangle)

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

ANALYS AV DITT BETEENDE - DIREKTIV

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

6.14 Triangelelement (CST Constant Strain Triangle)

Tentamen i Linjär algebra , 8 13.

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

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

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

Revisionsrapport Hylte kommun. Granskning av överförmyndarverksamheten

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

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

Tentamen i Kemisk termodynamik kl 8-13

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

Ekosteg. En simulering om energi och klimat

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:

Slumpjusterat nyckeltal för noggrannhet vid timmerklassningen

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

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

Lektionsuppgifter i regressionsanalys

Del 1 Teoridel utan hjälpmedel

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

Arkitekturell systemförvaltning

Krav på en projektledare.

INTRODUKTION. Akut? RING:

Förra gången: fördelningar Omfattande system med många partiklar kan praktiskt bara beskrivas i statistiska termer.

om de är minst 8 år gamla

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

Per Sandström och Mats Wedin

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

Modersmål - på skoj eller på riktigt

Uppskatta ordersärkostnader för tillverkningsartiklar

Föreläsning 10 Kärnfysiken: del 2

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

Tentamen i SG1140 Mekanik II, OBS! Inga hjälpmedel. Lycka till! Problem

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

Offentlig sammanfattning av riskhanteringsplanen (RMP) Saxenda (liraglutide)

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

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

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

11. Egenvärden och egenvektorer

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

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

Del 1 Teoridel utan hjälpmedel

Integrerade ledningssystem artikelsamling

Fasta tillståndets fysik.

NÅGRA OFTA FÖREKOMMANDE KONTINUERLIGA FÖRDELNINGAR. Fördelningsfunk. t 2

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

Revisionsrapport 2/2010. Åstorps kommun. Granskning av lönekontorets utbetalningsrutiner

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

Lösningsförslag: Tentamen i Modern Fysik, 5A1246,

Delårsrapport

(x 3 + y)dxdy. D. x y = x + y. + y2. x 2 z z

Transkript:

Institutionn för tillämpad mkanik, Chalmrs tkniska högskola TENTAMEN I FINIT EEMENTMETOD MHA AUGUSTI Tid och plats: 8 i M hust Hjälpmdl: Ordöckr, lxikon och typgodkänd räknar. ösningar ärar: Ptr Möllr, tl (77) 55. Bsökr sal ca. kl 5. samt 7.. ösningar: Anslås på kurshmsidan samt på institutionn ( vån. i M hust) snast 5/8. Btygsättning: En fullständig och korrkt lösning på n uppgift gr poäng nligt vad som angs på uppgiftslappn. Smärr fl ldr till poängavag. Ofullständig lösning (svar på ställt prolm saknas) llr omfattand fl gr int något poäng. Maximal poäng är. Dt krävs 8 poäng för tyg ; poäng gr tyg ; för tyg 5 krävs poäng. Osrvra att ovanstånd är tygssättning på nart tntamn; för godkänd xamination krävs dssutom godkända inlämningsuppgiftr. Rsultatlista: Anslås snast /8 på samma ställ som lösningarna. Rsultatn sänds till tygsxpditionn snast 5/9 för kursdltagar som int har alla inlämningsuppgiftr godkända vid dtta tillfäll inrapportras tygt U (undrkänd). Granskning: Torsdag /9 samt måndag 5/9 i institutionns lokalr. Tänk 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 tydls vid poängsättningn. Förklara/dfinira införda tckningar. 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 /PWM

Btrakta tt rotationssymtriskt värmldningsprolm som skrivs av randvärdsprolmt r d du -- k r Q < r < r q( ) α( u( ) u ) θ där k, Q, α och u är givna konstantr, u u( r) dn okanta tmpraturn, samt q du k värmflödt nligt Fourir. a: Variations och FE formulra prolmt, md tstfunktionr nligt Galrkin. Du hövr här int ang rgularittskrav på ingånd funktionr, md dt måst klart framgå hur dt konvktiva randvillkort kommr in i dn svaga formn. (Osrvra att intgrationn måst göras övr n volym: V dv rdθ dz (md lämpliga intgrationsgränsr)). (p) : Härld lmntstyvhtsmatrisn och tag fram tt uttryck för n lumpad lmntlastvktor, för tt linärt lmnt md längdn h r i + r i. (p) c: Md 8,9 m, k,5 W och Q - W, så gr intgralrna i vänstr rspktiv högrldt av m C m FE formulringn N N r r i r i + K,75,75,75 7, 5,5 5,5, 8,75 f 8,75,,5,5,5 78,5,59 5,8 97,77 57, om prolmt diskrtisras md fyra lika långa linära lmnt. Visa md förklaring hur styvhtsmatrisn och lastvktorn änas av dt konvktiva randvillkort, om α --- W m C och u 5 C. (p) d: Md d fyra lika långa linära lmntn, h --, fås nodtmptraturrna a 7 85 T C ; d fm nodrna har här numrrats från r till r. Använd numriska data nligt dluppgift c ovan och räkna värmflödt på randn, dls du gnom att använda randvillkort, dls md hjälp av Fourirs lag q k. Vilkt av d två värdna kan man förvänta sig g äst approximation av dt xakta (analytiska) värdt? Svart ska motivras. (p) q( ) 8 /PWM

ösning a: Multiplicra diffrntialkvationn md n tstfunktion v volymn v( r) och intgrra övr π Eftr division md π och partialintgration av dn ana trmn i intgrandn, v d du kr du dvdu dvdu du vkr kr, fås kr. Utvckla nu randtr- vkr + vrq mn och sätt in randvillkort: v Q -- d du + kr d du r d θ d r d z π v Qr + kr r du vkr du v( )k v( )αu, där sista tr- v( )αu( ) mn är okant och hålls i vänstrldt. Vi har alltså variationsprolmt Approximra nu dn okanta funktionn md n linärkomination av asfunktionr u u h N a + N a + + N n a n Na, där N är n radvktor md asfunktionrna och a är n kolumnvktor md nodvarialrna. Sätt in approximationn i variationsprolmt och låt du h d dn [ Na] a dn dn dn dv n :. a Ba kr Ba + αv( )N( )a vrq + αv( )u Välj nu asfunktionrna som tstfunktionr i tur och ordning (Galrkins mtod); varj val gr upp- N dn hov till n kvation och vis samlar kvationrna radvis, så v dv och. Vi får B T r dvdu kr + αv( )u( ) vrq + αv( )u N N n dn dn n alltså krb T Ba + αn T ( )N( )a N T rq + αn T ( )u ösning : Dn konsistnta lmntlastvktorn gs av f r i + ( N ) T rq, där radvktorn N innhållr d asfunktionr som antar från noll skilda värdn på lmntt. Eftrsom summan av asfunktionrna är, lir lastrsultantn r i 8 /PWM

f i r i + r i ( N + N )rq Q r + Q r r ( Q r + r )( r r ) - i r i r i lastvktor fås om lastn fördlas lika på d två nodrna: f Q( r + r )h --- Q( r + r )h ---. En lumpad Elmntstyvhtsmatrisn ur intgraln i FE formulringns vänstrld; md B dn dn h h -- fås + ---- krb T B d ra k h h r i + ---- r a k h h h( r i + + r i ) ----a k( r i + + r i ) --- r i h ---- h r i h a h ---- h r i där alltså K k( r i + + r i ) --- h ösning c: Om vi numrrar nodrna från vänstr ( r ) till högr ( r ) är alla asfunktionr utom dn sista vid r, så N( ). Biagt till lastvktorn lir då (s lösning a) α u 5, och styvhtsmatrisn får iagt αn T ( )N( ) α,5 ösning d: Från randvillkort fås q( ) α( a( 5) u ) 8,8 ( W m ) mdan Fourirs lag du h gr q( ) k k-- a( 5) a( ) 9,8 ( W m ). h r Eftrsom drivatan av dn approximrad funktionn lir sämr approximrad än funktionn själv, så förväntar vi oss att värmflödt räknat mha randvillkort gr noggrannast rsultat. 8 /PWM

åt R vara tt områd i ( x, y) plant och Γ dss rand. Potntialfunktionn φ φ( x, y) är lösningn till randvärdsprolmt div( D φ) f i φ på Γ Här är f f( x, y) n givn funktion och D n symmtrisk och positivt dfinit konstitutiv matris. a: Använd Grn Gauss sats, vdiv( q) d v q T ndγ ( v) T qd, för att variationsformulra Γ prolmt; dt måst framgå hur randvillkort påvrkar formulringn. Rdogör också för vilka krav som ställs på tstfunktionrna (viktsfunktionrna). (p) : Finit lmntformulra variationsprolmt och visa hur B matrisn för tt lmnt md asfunktionr sr ut. (p) c: Btrakta n triangulring av områdt och låt vara aran av något tr nods lmnt md linära asfunktionr. åt vidar f (högrldt i diffrntialkvationn) vara n givn konstant. Ställ upp lmntlastvktorn för lmntt. (p) A.8... A....8 ösning a: Multiplicra diffrntialkvationn md n tstfunktion v och intgrra övr områdt: vdiv( D φ) d vfd. Använd nu Grn Gauss sats (idntifira vktorn D φ md q ); vi får:.5.5.5.5 ( v) T D( φ) d v ( D φ ) T ndγ + vfd Γ Ingånd funktionr måst vara tillräckligt rguljära för att dtta uttryck ska ha någon mning funktionrna måst vara kvaatiskt intgrrara och ha kvaatiskt intgrrara första drivator. Därtill måst tstfunktionrna uppfylla v på Γ, ftrsom intgrandn i randintgraln är 5 8 /PWM

okant ( φ är okänd). Tstfunktionn måst alltså satisfira homogna väsntliga randvillkor. åt V vara rummt av funktionr som uppfyllr dssa villkor. Variationsprolmt kan då skrivas: Hitta φ V så att ( v) T D( φ) d ösning : Välj N asfunktionr N i ur V (konform mtod) och låt V h V vara rummt av alla N funktionr som kan uttryckas som n linärkomination av asfunktionrna. Spcillt approximrar vi φ φ h N i a i och räknar nodvarialrna a i så att variationsprolmt satisfiras i V h i (Galrkins mtod). Alltså har vi: Hitta vfd v V så att För tt lmnt md asfunktionr, dvs tt på vilkt ara av d N asfunktionrna har noll skilda funktionsvärdn, kan FE approximationn skrivas φ h V h ( v) T D( φ h ) d φ h N N N vfd v V h N a, så a a a T att φ h ( N a ) ( N )a B a, där alltså B N x N N y N x N y N x N y ösning c: Md konstant högrld lir lastrsultantn på lmntt A fda fa ; dnna dlas lika på d tr nodrna: f fa -- En konsolalk md längdn och konstant öjstyvhtn EI är lastad md n kraft P nligt figurn. Balkns utöjning w( x) fås som lösningn till randvärdsprolmt d w EI dw w( ) ( ) d w d w P ( ) ( ) EI z w( x) EI P x a: Härld dn svaga formn av randvärdsprolmt. Dt ska framgå hur randvillkorn påvrkar variationsprolmt. Ang också krav på ingånd funktionr. (p) : Finit lmntformulra prolmt md tstfunktionr nligt Galrkin och visa hur B matrisn sr ut. (p) 8 /PWM

c: Dt vanligast alklmntt har kuiska asfunktionr och nodvarialrna rprsntrar förskjutningar och rotationr i d nodrna. För dtta lmnt lir lmntstyvhtsmatrisn (md konstant öjstyvht) ---- ----.75 N N K EI ---- ---- ---- ---- N i.5.5 N ---- ----.5.5....8 där är lmntts längd. ös prolmt md lmnt. (p) x/ N ösning a: Multiplicra diffrntialkvationn md n tstfunktion och intgrra övr d w d v d w dv d w d w intrvallt: EIv. Två partialintgrringar gr. EI EI vei Använd nu randvillkorn för att utvckla randtrmrna: v( x) dv d w EI d w vei dv d w EI x d w Pv( ) vei x d w d w Eftrsom vi int kännr värdna på och vid, gränsar vi valn av tstfunktionr x dv till sådana som uppfyllr v( ) och ( ) för att li av md okanta randtrmr. Dssutom måst intgraln xistra, så vi måst också gränsa oss till funktionr som har kvaa- tiskt intgrrara ana drivator. Om vi dfinirar V v( x): d v <, v( ), ( ) dv så kan dn svaga formn skrivas: Hitta w V så att d v d w EI Pv( ) v V ösning : Approximra w md n linarkomination av n valda asfunktionr w w h n i N i ( x)a i och välj tstfunktionrna som asfunktionrna i tur och ordning (Galrkin) så att vi får lika många kvationr som okanta nodvarialr. åt vara rummt av funktio- a i V h 7 8 /PWM

nr som kan skrivas som n linärkomination av asfunktionrna FE formulringn kan då skrivas Hitta w h V h så att d v d w h EI Pv( ) v V h n T Om vi sättr in w h N i a i Na, där N N N N n och a a a a n, i intgraln i samt samlar kvationrna som fås för valn v, i,,, n, så får vi N i EIB T B a P N T d N ( ), där B d N d N d N n. ösning c: Eftrsom vi ara har tt lmnt så är styvhtsmatrisn samma som lmntstyvhtsmatrisn, K, och lmntlängdn är. Randvillkorn x gör att vi har a a K så d två första kolumnrna i K multiplicras md nollor. Vi kan int hllr använda var sig N llr N som tstfunktionr ftrsom d int satisfirar d två väsntliga randvillkorn vid x ; alltså måst vi stryka d två första kvationrna. Kvar har vi då -- -- a a P - EI, md lösningn a a P - P ---- EI EI 8 8 /PWM