Tampereen teknillinen yliopisto hum Konstruktiotekniikan laitos. MEC-2430 Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk 1 Syksy 2012.

Samankaltaiset tiedostot
EDE Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk 1 Syksy Matematiikan ja matriisilaskennan kertausta

4 DETERMINANTTI JA KÄÄNTEISMATRIISI

MATRIISILASKENTA. Oppitunti 1. Matriisin käsite. Tarkastellaan ratkaistavaksi annettua yhtälöä. 2 x = 2 6

6 Integraalilaskentaa

2.4 Pienimmän neliösumman menetelmä

Esimerkki 8.1 Määritellään operaattori A = x + d/dx. Laske Af, kun f = asin(bx). Tässä a ja b ovat vakioita.

Neliömatriisin A determinantti on luku, jota merkitään det(a) tai A. Se lasketaan seuraavasti: determinantti on

VEKTOREILLA LASKEMINEN

Riemannin integraalista

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 9. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 9 () Numeeriset menetelmät / 29

Matematiikan perusteet taloustieteilijöille P

VEKTOREILLA LASKEMINEN

VALTIOTIETEELLINEN TIEDEKUNTA TILASTOTIETEEN VALINTAKOE Ratkaisut ja arvostelu

sin θ θ θ r 2 sin 2 θ φ 2 = 0.

OSA 1: POLYNOMILASKENNAN KERTAUSTA, BINOMIN LASKUSÄÄNTÖJÄ JA YHTÄLÖNRATKAISUA

Taloustieteen matemaattiset menetelmät 2017 materiaali 2. esimerkin valossa perustellaan menetelmiä yhtälöryhmän analysointiin ja ratkaisuun

Syksyn 2015 Pitkän matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

Matematiikan tukikurssi

Ristitulo ja skalaarikolmitulo

Käydään läpi: ääriarvo tarkastelua, L Hospital, integraalia ja sarjoja.

Harjoitus 3 - Ratkaisut

Sarjaratkaisun etsiminen Maplella

S Fysiikka III (EST), Tentti

1.1. Määritelmiä ja nimityksiä

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Harri Lehtinen. Kongruenssista

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

BM20A0700, Matematiikka KoTiB2

Sinilause ja kosinilause

Pintaintegraali. i j k cos(θ) sin(θ) 1. = r cos(θ)i r sin(θ)j + rk, r sin(θ) r cos(θ) 0 joten

MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät

8.4 Gaussin lause Edellä laskettiin vektorikentän v = rf(r) vuo R-säteisen pallon pinnan läpi, tuloksella

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät

1 Matriisit ja lineaariset yhtälöryhmät

Analyysin perusteet kauppatieteilijöille P

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Yhteenveto, osa II

Reaalinen lukualue. Millainen on luku, jossa on päättymätön ja jaksoton desimaalikehitelmä?

Integraalilaskentaa. 1. Mihin integraalilaskentaa tarvitaan? MÄNTÄN LUKIO

Painopiste. josta edelleen. x i m i. (1) m L A TEX 1 ( ) x 1... x k µ x k+1... x n. m 1 g... m n g. Kuva 1. i=1. i=k+1. i=1

MS-A010{2,3,4,5} (SCI, ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

10. MÄÄRÄTYN INTEGRAALIN KÄYTTÖ ERÄIDEN PINTA-ALOJEN LASKEMISESSA

Numeerinen integrointi

Matematiikan tukikurssi

4 Pinta-alasovelluksia

Insinöörimatematiikka D

MATEMATIIKAN HARJOITTELUMATERIAALI

x k 1 Riemannin summien käyttö integraalin approksimointiin ei ole erityisen tehokasta; jatkuvasti derivoituvalle funktiolle f virhe b

Vapaus. Määritelmä. jos c 1 v 1 + c 2 v c k v k = 0 joillakin c 1,..., c k R, niin c 1 = 0, c 2 = 0,..., c k = 0.

Matematiikka B2 - Avoin yliopisto

Determinantti 1 / 30

Pythagoraan lause. Pythagoras Samoslainen. Pythagoraan lause

73035 Insinöörimatematiikka 2

6. Matriisilaskennan kertausta

Aalto-yliopisto, Teknillisen fysiikan laitos PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet Harjoitus 6, mallivastaukset Syksy 2016

Johdatus tekoälyn taustalla olevaan matematiikkaan

Mat Matematiikan peruskurssi K2

Digitaalinen videonkäsittely Harjoitus 5, vastaukset tehtäviin 25-30

Vakioiden variointi kolmannen kertaluvun yhtälölle

9 A I N. Alkuperäinen piiri. Nortonin ekvivalentti R T = R N + - U T = I N R N. Théveninin ekvivalentti DEE SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

.) (b) Vertaa p :tä vastaavaa kineettistä energiaa perustilan kokonaisenergiaan. ( ) ( ) = = Ek

Viikon aiheet. Pinta-ala

Ville Turunen: Mat Matematiikan peruskurssi P1 3. välikokeen alueen teoriatiivistelmä 2007

1. Derivaatan Testi. Jos funktio f on jatkuva avoimella välillä ]a, b[ ja x 0 ]a, b[ on kriit. tai singul. piste niin. { f (x) > 0, x ]a, x 0 [

Neliömatriisi A on ortogonaalinen (eli ortogonaalimatriisi), jos sen alkiot ovat reaalisia ja

Matematiikan tukikurssi

Numeeriset menetelmät

Mat Dynaaminen optimointi, mallivastaukset, kierros 8

Numeerinen integrointi

Matematiikan tukikurssi. Hannu Kivimäki

11. MÄÄRÄTTY INTEGRAALI JA TILAVUUS

a = x 0 < x 1 < x 2 < < x n = b f(x) dx = I. lim f(x k ) x k=1

Suorat, käyrät ja kaarevuus

Luento 9: Yhtälörajoitukset optimoinnissa

Tehtävä 1. Jatka loogisesti oheisia jonoja kahdella seuraavaksi tulevalla termillä. Perustele vastauksesi

missä t on matkaan raosta varjostimelle kuluva aika. Jos suihkun elektronien liikemäärä x- sunnassa on p x,on min y0min 0min

Insinöörimatematiikka D

6 MATRIISIN DIAGONALISOINTI

TEHTÄVÄ 1. Olkoon (f n ) jono jatkuvia funktioita f n : [a, b] R, joka suppenee välillä [a, b] tasaisesti kohti funktiota f : [a, b] R.

763333A KIINTEÄN AINEEN FYSIIKKA Ratkaisut 1 Kevät 2014

Numeerinen integrointi.

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

lim + 3 = lim = lim (1p.) (3p.) b) Lausekkeen täytyy supistua (x-2):lla, joten osoittajan nollakohta on 2.

Riemannin integraalista

Matematiikan tukikurssi

ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria Kevät 2016

5 Ominaisarvot ja ominaisvektorit

3.1 Lineaarikuvaukset. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. 3.1 Lineaarikuvaukset. 3.1 Lineaarikuvaukset

Riemannin integraali

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM) Laskuharjoitus 4 / vko 47, mallivastaukset

Käänteismatriisin ominaisuuksia

5 Epäoleellinen integraali

Insinöörimatematiikka D

Lisää määrätystä integraalista Integraalin arvioimisesta. Osoita: VASTAUS: Osoita: Osoita:

Tee B-osion konseptiin etusivulle pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Välivaiheet perustelevat vastauksesi!

Talousmatematiikan perusteet: Luento 13. Rajoittamaton optimointi Hessen matriisi Ominaisarvot ja vektorit Ääriarvon laadun tarkastelu

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ PISTEYTYSKOKOUS

Analyyttiset funktiot ja integrointiteorian alkeita

(0 desimaalia, 2 merkitsevää numeroa).

Määritelmä Olkoon C R m yksinkertainen kaari ja γ : [a, b] R m sen yksinkertainen parametriesitys, joka on paloittain C 1 -polku.

0 3 y4 dy = 3 y. 15x 2 ydx = 15. f Y (y) = 5y 4 1{0 y 1}.

Transkriptio:

mpereen teknillinen yliopisto hum 3.8. Konstruktiotekniikn litos MEC-430 Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk Syksy 0. Mtemtiikn j mtriisilskennn kertust Yleistä Kirjoittelen tänne joitin kurssin keskeisiä sioit niille, jotk eivät io investoid trvittv pääomosuutt oppikirjn hnkintn, vn ikovt hyödyntää sen jollin premmll tvll. ässä esityksessä on vrmsti joitin virheitä, joist toivon vlppn lukijn ilmoittvn minulle. Nottiost (Nottion) Nimike Merkintä tekstissä Muu merkintä Srkevektori ti pystyvektori n n n Mtriisi, joss on m n n riviä j n srkett n n m m mn m m mn Derivtt dy x yx y, xx y'( x) Dx yx dx x det Determinntti Mtriisin jälki (toistuv indeksi, joten utomttinen summus) Määrätty integrli Virtulinen siirtymä (oik. Chndruptl) Virtulinen venymä (oik. Chndruptl) Viivkuorm [N/m, N/mm] Pinekuorm [N/m, N/mm ] ilvuuskuorm [N/m 3, N/mm 3 ] rce n i ii ii rce n I f xdx Fx I f x dx F x u x, u N Q x, N x, qx q y q px p y p fx f y f B Q, / B px p y p x y fx f y f

mpereen teknillinen yliopisto hum 3.8. Konstruktiotekniikn litos MEC-430 Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk Syksy 0. Rivi- j srkevektorit (Row nd column vectors) Rivivektori Srkevektori n n Yhteenlsku (ddition nd sutrction) C B eli c mn mn mn ij ij ij Sklrill kertominen (Multipliction y sclr) n n m m mn Kertolsku (Multipliction) C B eli c mn mp pn ij ik kj ik kj k p Huom. Mtriisien välissä voidn käyttää ti oll käyttämättä ns. pisteoperttori. Vert khden vektorin pistetulo, joss pistettä on syytä käyttää. Lisäksi voidn käyttää myös ns. kksoispistetulo (Doule Dot Product) m n : B eli, R mn mn ij ij ij ij i j rnspoosi (rnspose) n m n m m m mn n n mn

mpereen teknillinen yliopisto hum 3.8. Konstruktiotekniikn litos MEC-430 Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk Syksy 0. Derivointi j integrointi (Differenttion nd integrtion) x y x xy d x y B B 6 x y dx 0 3 3 3 x x xy y yx y x y x xy 3 d dx dy dy 3 B dy 0 0 6x y 0 x 0 6xy yx 6y y y y y y 3 4 y y 6y 3 3 4 6 0 0 Huom! Integrointilueen oletetn olevn suorkide, jonk leveys on j korkeus on. Yleisemmillä integrointirjoill integrointi hnkloituu. Digonlimtriisi (Digonl mtrix) D nn d 0 0 0 d 0 0 0 dnn Identiteettimtriisi (Identity mtrix) I nn 0 0 0 0 0 0 Symmetrinen mtriisi (Symmetric mtrix) nn nn

mpereen teknillinen yliopisto hum 3.8. Konstruktiotekniikn litos MEC-430 Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk Syksy 0. Yläkolmiomtriisi (Upper tringulr mtrix) U nn u u u n 0 u u n 0 0 unn Huom! det Unn u u unn Determinntti (Determinnt) Kurssill käsitellään neliömtriisej, joiden rivien lukumäärä on, ti 3, mikäli on trkoitus lske determinntti käsipelin. det det 3 3 det 3 3 3 33 3 3 3 33 3 33 3 3 Käänteismtriisi (Inverse mtrix) Kurssill käsitellään neliömtriisej, joiden rivien lukumäärä on, ti 3, mikäli on trkoitus lske käänteismtriisi käsipelin. Neliömtriisin käänteismtriisi määritellään yhteydellä: I

mpereen teknillinen yliopisto hum 3.8. Konstruktiotekniikn litos MEC-430 Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk Syksy 0. 3 C C C3 3 C C C 3 det C C C 3 3 33 3 3 33 C C C 3 3 3 3 33 3 33 3 3 C C C C 3 3 3 3 33 3 33 3 3 3 3 C3 C33 3 3 3 Huom! det 0 nn Yhtälöryhmä (System of simultneous equtions) ällä kurssill lskentmllin solmusiirtymät rtkistn yhtälöryhmästä K K KmQ F K K K m Q F KQF K K K Q F m m mm m m yhtälöryhmä voidn rtkist käsipelillä m<4 käyttäen käänteismtriisi Q K F jos m>3, niin voidn käyttää esimerkiksi Gussin elimintiomenetelmää ti jotin vlmisohjelmn yhtälöryhmän rtkisufunktiot, jolloin (yleensä) ei oll kiinnostuneit käänteismtriisist vn inostn rtkisuvektorist Q. Ominisrvot j vektorit (Eigenvlues nd eigenvectors) Yhtälöryhmän x x mxm rtkisu i on mtriisin ominisrvo, jos ryhmällä on ei-trivilirtkisu ts., xm x x x 0. ällöin vektori x on ominisrvoon i liittyvä ominisvektori. Symmetrisellä positiividefiniitillä neliömtriisill mxm on m kpplett positiivisi (ei välttämättä erisuuri) ominisrvoj j sille voidn vlit m kpplett keskenään ortogonlisi ominisvektoreit.

mpereen teknillinen yliopisto hum 3.8. Konstruktiotekniikn litos MEC-430 Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk Syksy 0. Mtriisin ominisrvot sdn rtkisemll krkteristisen yhtälön m m det 0 I m m mm juuret. Ominisrvoon i liittyvä ominisvektori x i on homogeenisen ryhmän i i I x 0 ei-trivili rtkisu. (Ominisvektoriss x i i on yläindeksinä, jott lindeksiä voidn käyttää ominisvektorin komponentille x ). Esimerkki: Erään levyrkenteen (tsojännitystil) pisteen P jännityskomponentit ovt: x y xy 4 95 65 MP Jännitystil vstv jännitysmtriisi on x xy 4 65 MP xy y 65 95 Lsketn jännitysmtriisin ominisrvot (ilmn dimensioit) j ominisvektorit. i j 4 65 det 0 65 95 95055 0 3.57 3.57 Ensimmäiseen ominisrvoon liittyvä (eräs) ominisvektori sdn 4 3.57 65 x 0 65 95 3.57 x 0 8.57 65 x 0 65 77.57 x 0 8.57 x 65x 0

mpereen teknillinen yliopisto hum 3.8. Konstruktiotekniikn litos MEC-430 Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk Syksy 0. Viimeinen yhtälö stiin ensimmäiseltä riviltä. Sm yhtälö stisiin myös lemmlt riviltä (tote). Kosk ominisvektorin pituutt ei ole nnettu, niin vlitn (premmn tiedon puutteess) ominisvektorin ensimmäisen komponentin pituus ykköseksi, jolloin x 0.856 Vstvll tvll toiseen ominisrvoon liittyvä ominisvektori sdn 4 3.57 65 x 0 65 95 3.57 x 0 7.57 65 x 0 65 8.57 x 0 65x 8.57x 0 joten x 3.5 käy toiseksi ominisvektoriksi. ll olevss kuvss on vielä hvinnollistettu ominisrvoj j nuolill j ominisvektoreit elementin kiertymisellä. Ominisongelm käsitellään tällä kurssill ominisvärähtelytehtävän yhteydessä.

mpereen teknillinen yliopisto hum 3.8. Konstruktiotekniikn litos MEC-430 Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk Syksy 0. Positiividefiniitti mtriisi (Positive definite mtrix) Symmetristä neliömtriisi mxm snotn positiividefiniitiksi, jos sen kikki ominisrvot ovt idosti positiivisi (>0). oinen määritelmä positiividefiniittisyydelle: Symmetristä mtriisi snotn x x x 0, xm positiividefiniitiksi, jos kikill vektoreill x x 0 ällä kurssill oletetn, että jos lskentmllin jäykän kppleen liike on estetty j mterilirvot ovt järkevät, niin lskentmllin gloli jäykkyysmtriisi K on symmetrinen j positiividefiniitti. Gussin elimintio (Guss elimintion) Gussin elimintio on tehoks menetelmä rtkist yhtälöryhmä x kun neliömtriisin :n dimensio on pienehkö. Gussin elimintion iden on suoritt yhtälöryhmälle vkrivimuunnoksi siten, että jäljelle jää yhtälöryhmä, joss kerroinmtriisi on muuttunut yläkolmiomtriisiksi. Gussin elimintiot käytetään myös mtriisin determinntin lskentn. http://mtt.hut.fi/mttfi/linis/pdf/gussdeterminntti.pdf