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Linea 1: | Linea 1: | ||
+ | ===== Appunti della lezione ===== | ||
+ | a cura di Ulisse, ELENA DI TROIA, Diomede, Nessuno e Icaro | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ** Elementi finiti: domini e funzioni interpolanti ** | ||
+ | |||
+ | Si può generalizzare quanto visto finora aggiungendo ulteriori quattro nodi per ogni centro lato del quadrato elementare. Procedo a tal riguardo similmente a quanto fatto in precedenza, introducendo un coefficiente incognito | ||
+ | $ a_{ij} $ per ogni nodo, si dà luogo a un polinomio di ottavo grado che sfrutta ogni combinazione possibile dei coefficienti con i parametri $\xi$ e $\eta$, ovvero: | ||
+ | $$a_{00}\cdot1$$ $$a_{10}\cdot\xi$$ $$a_{01}\cdot\eta$$ $$a_{11}\cdot\xi\eta$$ $$a_{20}\cdot\xi^2$$ $$a_{02}\cdot\eta^2$$ $$a_{21}\cdot\xi^2\eta$$ $$a_{12}\cdot\xi\eta^2$$ | ||
+ | Come prima, fissando una delle due coordinate si passa da un andamento genericamente cubico, come mostrato dai coefficienti di ordine maggiore, ad un andamento quadratico. Ne segue che, se si analizza l' | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | A titolo di esempio si riporta l' | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Si può a questo punto generalizzare dicendo: | ||
+ | $$f(\xi, | ||
+ | Si passi ora ad analizzare l' | ||
+ | {{ : | ||
+ | A titolo di esempio si riporta il sistema corrispondente alla funzione di forma $N_1(\xi, | ||
+ | $$ | ||
+ | \begin{cases} | ||
+ | a_{00}\cdot1+a_{10}\cdot0+a_{01}\cdot0=1\\ | ||
+ | a_{00}\cdot1+a_{10}\cdot1+a_{01}\cdot0=0\\ | ||
+ | a_{00}\cdot1+a_{10}\cdot0+a_{01}\cdot1=0 | ||
+ | \end{cases} | ||
+ | $$ | ||
+ | Risulta in questo caso che la derivata della funzione è una funzione lineare. Nel caso si implementino anche i punti intermedi, dando luogo all' | ||
+ | {{ : | ||
+ | Si estenda ora il ragionamento a elementi spaziali. Partendo dall' | ||
+ | Si noti come, analogamente al caso bidimensionale, | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Un ulteriore esempio: l' | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Si traggano le conclusioni di quanto visto finora. | ||
+ | Si deduce che, in presenza di nodi a centro-lato, | ||
+ | L' | ||
+ | |||
+ | Tornando nel piano, si generalizza le considerazioni finora viste per un quadrato elementare ad un generico quadrilatero senza particolari proprietà di simmetria. Passo da un piano locale a un piano fisico $[x,y,z]$. Ogni nodo ha coordinate $x_i, y_i$, dove $i$ scorre da 1 a 4, il numero di vertici. A ognuno dei quattro nodi è inoltre associato un valore $f_i$. | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | L' | ||
+ | |||
+ | Si definisce a questo punto una funzione che, dalle coordinate locali per un dato nodo, dia le corrispettive coordinate sul piano fisico: nel caso del nodo 1 si vuole quindi passare da $(\xi, \eta)=(-1, | ||
+ | Si può quindi scrivere i seguenti risultati: | ||
+ | |||
+ | $$x(\xi, | ||
+ | $$y(\xi, | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Si può calcolare il punto mediano del lato $12$, ma ci si accorge che tale punto è lo stesso anche per il quadrilatero sul piano fisico: questo perchè lungo un segmento la funzione è lineare, avendo una delle due coordinate fissata, e una funzione lineare restituisce sempre un segmento da un segmento. | ||
+ | In pratica dunque l'asse $\xi$ passa per i due punti mediani di $12$ e $41$, quindi lo si può proiettare sul piano fisico; tali considerazioni valgono esattamente anche per l'asse $\eta$. | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | L' | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Se $\xi$ o $\eta$ sono costanti, $x(\xi, | ||
+ | Salvo il caso limite in cui un lato collassi in un punto (caso comunque utilizzato nella pratica), x e y non sono mai costanti contemporaneamente, | ||
+ | $$a\xi+b\eta+c$$ con $$a, | ||
+ | ed è invertibile. Quindi, solo sui lati, posso ricavare la mappatura inversa: | ||
+ | $$x(\xi, | ||
+ | $$y(\xi, | ||
+ | Come esempio, si prenda il lato $12$. Vale che: | ||
+ | $$\eta=-1=cost.$$ | ||
+ | $$f(\xi_{12}(x, | ||
+ | con $\xi_{12}(x, | ||
+ | |||
+ | Si rileva nuovamente che l' | ||
+ | |||
+ | Le proprietà matematiche studiate finora non sono solo un puro esercizio ma sono indispensabili all' | ||
+ | Questa affermazione impone già determinati vincoli cinematici, se ne analizza uno: | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Si analizza nell' | ||
+ | In particolare, | ||
+ | In pratica, se immaginiamo che il quadrilatero sia fatto di gomma, si può pensare che il segmento $12$ sia fatto d' | ||
+ | |||
+ | Si procede ora ad analizzare le derivate direzionali. Si ricorda la formula: | ||
+ | $$N_i(\xi, | ||
+ | Risulta immediata la derivazione di tale formula in $\xi$: | ||
+ | $$\dfrac{\partial N_1}{\partial \xi}=\dfrac{1}{4}(\eta-1)$$ | ||
+ | |||
+ | Tuttavia questa derivata è poco interessante. I veri valori di interesse sono $\dfrac{\partial f}{\partial x}$ e $\dfrac{\partial f}{\partial y}$. Se al generico f sostituiamo lo spostamento lungo $x$, $u$, otteniamo due valori di effettiva concretezza fisica: | ||
+ | $$\dfrac{\partial u}{\partial x}=\overline{\varepsilon}_x$$ | ||
+ | e | ||
+ | $\dfrac{\partial u}{\partial y}$ è una delle due parti di $\overline{\gamma}_{xy}$. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | $\dfrac{\partial u}{\partial x}$ è molto complesso da calcolare, mentre le quantità $\dfrac{\partial u}{\partial \xi}$ e $\dfrac{\partial u}{\partial \eta}$ sono decisamente più semplici da calcolare; si prova ad aggirare il problema. Da formule già viste in precedenza vale che: | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | \begin{bmatrix} | ||
+ | | ||
+ | \dfrac{\partial u}{\partial \eta} | ||
+ | \end{bmatrix} = \sum_{i=1}^{4}\begin{bmatrix} | ||
+ | | ||
+ | \dfrac{\partial N_i}{\partial \eta} | ||
+ | \end{bmatrix} | ||
+ | |||
+ | Si cambino a questo punto le variabili di derivazione: | ||
+ | $$\dfrac{\partial u}{\partial \xi}=\dfrac{\partial u}{\partial x}\cdot\dfrac{\partial x}{\partial \xi}+\dfrac{\partial u}{\partial y}\cdot\dfrac{\partial y}{\partial \xi}$$ | ||
+ | $$\dfrac{\partial u}{\partial \eta}=\dfrac{\partial u}{\partial x}\cdot\dfrac{\partial x}{\partial \eta}+\dfrac{\partial u}{\partial y}\cdot\dfrac{\partial y}{\partial \eta}$$ | ||
+ | |||
+ | Se ne ricava un sistema matriciale: | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | \begin{bmatrix} | ||
+ | | ||
+ | \dfrac{\partial u}{\partial \eta} | ||
+ | \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} | ||
+ | \dfrac{\partial x}{\partial \xi} & \dfrac{\partial y}{\partial \xi} \\ | ||
+ | | ||
+ | \end{bmatrix} \begin{bmatrix} | ||
+ | \dfrac{\partial u}{\partial x} \\ | ||
+ | | ||
+ | \end{bmatrix} | ||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | L' | ||
+ | Supponendo che questa matrice non sia singolare sostituisco all' | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | \begin{bmatrix} | ||
+ | \dfrac{\partial u}{\partial x} \\ | ||
+ | | ||
+ | \end{bmatrix} = (\underline{\underline{J}}^T)^{-1} \begin{bmatrix} | ||
+ | \dfrac{\partial u}{\partial \xi} \\ | ||
+ | | ||
+ | \end{bmatrix} | ||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | Per scrivere infine: | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | \begin{bmatrix} | ||
+ | \dfrac{\partial u}{\partial x} \\ | ||
+ | | ||
+ | \end{bmatrix} = (\underline{\underline{J}}^T)^{-1} \begin{bmatrix} | ||
+ | \dots & \dots & \dfrac{\partial N_i}{\partial \xi} & \dots & \dots\\ | ||
+ | \dots & \dots & \dots & \dots & \dots\\ | ||
+ | \dots & \dots & \dfrac{\partial N_i}{\partial \eta} & \dots & \dots | ||
+ | \end{bmatrix} | ||
+ | |||
+ | \begin{bmatrix} | ||
+ | \dots\\ | ||
+ | \dots \\ | ||
+ | u_i \\ | ||
+ | \dots \\ | ||
+ | \dots \\ | ||
+ | \end{bmatrix} | ||
+ | |||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | Come ultime considerazioni si riportano le seguenti: Lo Jacobiano è sì funzione delle coordinate nodali ma non è funzione di u, stesso discorso vale per la matrice subito successiva (quella con le funzioni peso), anch' | ||
+ | ===== Sezione a cura del docente ===== | ||
+ | |||
+ | blablabla | ||
+ | |||
+ | {{ : |