Elemento finito Triangular Lineal - Bienvenidos · es un elemento bidimensional de aproximación...

32
es un elemento bidimensional de aproximación lineal de tres nudos y un grado de libertad por nudo, cuya función de aproximación es φi φk φj ) ( 3 2 1 ) , ( ) , ( e y x y x y x Ω + + = α α α φ Elemento finito Triangular Lineal Función de aproximación k k k k k j j j j j i i i i i y x y x y x y x y x y x 3 2 1 3 2 1 3 2 1 ) , ( ) , ( ) , ( α α α φ φ α α α φ φ α α α φ φ + + = = + + = = + + = = Valores nodales

Transcript of Elemento finito Triangular Lineal - Bienvenidos · es un elemento bidimensional de aproximación...

es un elemento bidimensional de aproximación lineal de tres nudos y un grado de libertad por nudo, cuya función de aproximación es

φi

φk

φj

)(

321 ),(),(eyxyxyx Ω∈∀++= αααφ

Elemento finito Triangular Lineal

Función de aproximación

kkkkk

jjjjj

iiiii

yxyx

yxyx

yxyx

321

321

321

),(

),(

),(

αααφφ

αααφφ

αααφφ

++==

++==

++==

Valores nodales

Área del elemento finito

Aplicando la regla de Cramer

kijjikijk

kk

jj

ii

kijjikijk

kk

jj

ii

kijjijikkiijkkj

kkk

jjj

iii

ijjiikkijkkj

kk

jj

ii

xxxxxx

x

x

x

yyyyyy

y

y

y

yxyxyxyxyxyx

yx

yx

yx

Ayxyxyxyxyxyx

yx

yx

yx

φφφ

φ

φ

φ

φφφ

φ

φ

φ

φφφ

φ

φ

φ

)()()(

1

1

1

det

)()()(

1

1

1

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2)()()(

1

1

1

det

3

2

1

−+−−−==

−−−+−−==

−+−−−==

=−+−−−==

Z

Z

Z

Z

αZ=Φ⇔

=

)(

3

2

1

1

1

1e

kk

jj

ii

k

j

i

yx

yx

yx

α

α

α

φ

φ

φ

Z

Z

Z

Z

Z

Z

det

det,

det

det,

det

det 33

22

11 === ααα

Elemento finito Triangular Lineal

Función de aproximación

Sean

ke

kje

jie

i yxNyxNyxNyx φφφφ ),(),(),(),()()()( ++=

[ ]

[ ]

[ ]kijjkiijk

kjijikikj

kijjijkiikijkkj

xxxxxxA

yyyyyyA

yxyxyxyxyxyxA

φφφα

φφφα

φφφα

)()()(2

1

)()()(2

1

)()()(2

1

3

2

1

−+−+−=

−+−+−=

−+−+−=

La función de aproximación se puede expresar como:

ijjik

kiikj

jkkji

yxyxa

yxyxa

yxyxa

−=

−=

−=

jik

ikj

kji

yyb

yyb

yyb

−=

−=

−=

ijk

kij

jki

xxc

xxc

xxc

−=

−=

−=

[ ]kkkkjjjjiiii ycxbaycxbaycxbaA

yx φφφφ )()()(2

1),( ++++++++=

Elemento finito Triangular Lineal

Función de aproximación

Ele

me

nto

Tria

ng

ula

r L

inea

lE

lem

ento

Tria

ng

ula

r L

inea

l

)(2

1ycxba

AN iiii ++=

)(2

1ycxba

AN kkkk ++=

)(2

1ycxba

AN jjjj ++=

ijjik

kiikj

jkkji

yxyxa

yxyxa

yxyxa

−=

−=

−=jik

ikj

kji

yyb

yyb

yyb

−=

−=

−=

ijk

kij

jki

xxc

xxc

xxc

−=

−=

−=

Funcio

ne

s de f

orm

a

[ ])()()(2

1)( ycxbaycxbaycxbaA kkkjjjiii

e ++++++=N

)()()()()()(),(),(),(),(

ek

ek

ej

ej

ei

ei yxNyxNyxNyx φφφφ ++=Función de aproximación

[ ]Tek

ej

ei

e )()()()( φφφ=Φ

[ ] TeTe

ek

ej

ei

ek

ej

ei

ee NNN )()(

)(

)(

)(

)()()()()(NN Φ=→

=Φ= φ

φ

φ

φ

φ

[ ])()()()( ek

ej

ei

e NNN=NMatriz de funciones de forma

Vector de valores nodales

Función de aproximación (expresión matricial)

Elemento finito Triangular Lineal

Funciones de forma

A

c

y

N

A

c

y

N

A

c

y

N

A

b

x

N

A

b

x

N

A

b

x

N ke

kje

jie

ike

kje

jie

i

222222

)()()()()()(

=∂

∂=

∂=

∂=

∂=

∂=

)(

)(

)(

)(

)(

)(

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)(

)(

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ek

eke

j

eje

i

ei

ek

eke

j

eje

i

ei

y

yxN

y

yxN

y

yxN

y

yx

x

yxN

x

yxN

x

yxN

x

yx

φφφφ

φφφφ

∂+

∂+

∂=

∂+

∂+

∂=

Derivadas de la función de aproximación

[ ]

TeTeTeeeeee

ek

ej

ei

ek

ej

ei

y

x

ek

ej

ei

eky

ejy

eiy

ekx

ejx

eix

y

x

y

xNNN

NNN

NNN

)()()()()()()()(

)(

)(

)(

)()()(

)(

)(

)(

)()()(

)()()(

,,

,

BBNNB Φ=∇Φ=Φ∇=∇∇=∴

∂=

∂∂∂

∂∂∂=

∂=∇

∂=∇∴

φφ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φφ

Matriz de operadores diferenciales actuando sobre funciones de forma

donde

expresada matricialmente

=

∂∂∂

∂∂∂=

kji

kji

eky

ejy

eiy

ekx

ejx

eixe

ccc

bbb

ANNN

NNN

2

1)()()(

)()()(

)(B

Elemento finito Triangular Lineal

Derivadas de las funciones de forma

Coordenadas de área kk

jj

ii

LL11

LL22

LL33

jj

ii

LL11

kk

4

11 =L

2

11 =L

4

31 =L

11 =L01 =L

kk

jj

ii

LL11 bb11

hh11

ss11

1

11 h

sL =

kk

xx

yy

kk

jj

ii

bb11

hh11 A

A

hb

sbL

2

2 1

11

111 =

⋅=

ss11

AA11AA22

AA33

Elemento finito Triangular Lineal

Coordenadas de área

L

xx

yy

kk

jj

ii

hh22

bb22A

A

hb

sbL

2

2 2

22

222 =

⋅=

AA11

AA33

AA22 ss22 L

xx

yykk

jj

ii

bb33

hh33A

A

hb

sbL

2

2 3

33

333 =

⋅=

AA11AA22

ss33AA33

[ ] iiiijkkjjkkj

jkkjjkkj

kk

jj

NycxbaA

yxxxyyyxyxA

L

yxxxyyyxyxA

yx

yx

yx

A

=⋅+⋅+=⋅−+⋅−+⋅−⋅⋅=

⋅−+⋅−+⋅−⋅==

)(2

1)()()(

2

1

)()()(2

1

1

1

2

1

11

ii

kk

yx

yx

yx

A

1

1

1

2 2 =

jj

ii

yx

yx

yx

A

1

1

1

2 3 =

k

j

i

NL

NL

NL

=

=

=

3

2

1

Elemento finito Triangular Lineal

Coordenadas de área

∫ ⋅+++

⋅⋅=⋅⋅

A

cba Acba

cbadALLL 2

)!2(

!!!321

EisenbergEisenberg & & MalvernMalvern. 1973. 1973

b

sL

b

shb

sbh

A

AL

''1

2

22

)'(2

2

22

1

1 =−=

==

L

xx

yy

kk

jj

ii

bb

hh

AA22

AA33=0=0

AA11

ss’’AA11

ji NlLNlL ==== 2211

AbramowitzAbramowitz & & StegunStegun. 1964. 1964

Integral de Integral de áárearea

Integral de lIntegral de líínea. lado nea. lado ijij

∫ +++

⋅⋅=⋅⋅

1

021

)!1(

!!

cba

baLdlllL ba

ElemElem. . UnidimUnidim. lineal. lineal

Elemento finito Triangular Lineal

Coordenadas de área

sttsts 4321),( ααααφ +++=

Elemento finito rectangular bilineal

Función de aproximación

es un elemento bidimensional de aproximación bilineal de cuatro nudos y un grado de libertad por nudo, cuya función de aproximación es

Valores nodales

aa

ababab

bb

m

k

j

i

2)2,0(

422)2,2(

2)0,2(

)0,0(

31

4321

21

1

ααφφ

ααααφφ

ααφφ

αφφ

+==

+++==

+==

==

ab

ta

sb

ts

Ne

i4

)2

)(2(

),

( )(

−−

=

ab

stt

sN

ek4

),

( )(

=

ab

sb

tt

sN

em4

)2(

),

( )(

−=

Elemento finito rectangular Elemento finito rectangular bilinealbilineal Funciones de forma

ab

ta

st

sN

ej4

)2(

),

( )(

−=

Elemento finito rectangular bilineal

Función de aproximación

[ ])2()2()2)(2(4

1)( sbtsttastasbab

e −−−−=N

)()()()()()()()(),(),(),(),(),(

em

em

ek

ek

ej

ej

ei

ei tsNtsNtsNtsNts φφφφφ +++=Función de aproximación

[ ]Tem

ek

ej

ei

e )()()()()( φφφφ=Φ

[ ] TeTe

em

ek

ej

ei

em

ek

ej

ei

ee NNNN )()(

)(

)(

)(

)(

)()()()()()(NN Φ=→

=Φ= φ

φ

φ

φ

φ

φ

[ ])()()()()( em

ek

ej

ei

e NNNN=NMatriz de funciones de forma

Vector de valores nodales

Función de aproximación (expresión matricial)

ab

tasbtsN e

i4

)2)(2(),(

)( −−= ab

sttsN e

k4

),()( =

ab

sbttsN e

m4

)2(),(

)( −=

ab

tastsN e

j4

)2(),(

)( −=

Elemento finito rectangular bilineal

Derivadas de la función de aproximación

)(

)(

)(

)(

)(

)(

)(

)(

)()(

)()(

)(

)(

)()(

em

eme

k

eke

j

eje

i

ei

em

eme

k

eke

j

eje

i

ei

t

N

t

N

t

N

t

N

ty

s

N

s

N

s

N

s

N

sx

φφφφφφ

φφφφφφ

∂+

∂+

∂+

∂=

∂=

∂+

∂+

∂+

∂=

∂=

Derivadas de la función de aproximación

[ ]

TeTeTeeeeee

em

ek

ej

ei

em

ek

ej

ei

y

x

em

ek

ej

ei

emy

eky

ejy

eiy

emx

ekx

ejx

eix

y

x

y

x

NNNN

NNNN

NNNN

)()()()()()()()(

)(

)(

)(

)(

)()()()(

)(

)(

)(

)(

)()()()(

)()()()(

,,

,

BBNNB Φ=∇Φ=Φ∇=∇∇=∴

∂=∇

∂∂∂∂

∂∂∂∂=

∂=∇

∂=∇∴

φφ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φφ

expresada matricialmente

Elemento finito rectangular bilineal

Derivadas de la función de aproximación

Matriz de operadores diferenciales actuando sobre funciones de forma

−−−−

−−−−=

∂∂∂∂

∂∂∂∂=

)2()2(

)2()2(

4

1),(

),(

)(

)()()()(

)()()()(

)(

sbsssb

tttata

abts

NNNN

NNNNts

e

emy

eky

ejy

eiy

emx

ekx

ejx

eixe

B

B

33

22

11

Triangular LinealTriangular Lineal

33

22

11

Triangular cuadrTriangular cuadrááticotico

44

55

66yx 321 αααφ ++=

2

6

2

54321 yxxyyx ααααααφ +++++=

432234

3223

22

1

yxyyxyxx

yxyyxx

yxyx

yx

TriTriáángulo ngulo de Pascalde Pascal

Elementos finitos de orden superior

Elementos triangulares

x

yx

y

33

22

11

4455

66

7788

1010

99

x

yTriangular Triangular ccúúbicobico

3

10

2

9

2

8

3

7

2

6

2

54321

yxyyxx

yxxyyx

αααα

ααααααφ

++++

++++++=

xx

yy

33

2211

Rectangular Rectangular BilinealBilineal. . LagrangeLagrange

44

xx

yy33

2211

Rectangular de 9 nudos. Rectangular de 9 nudos. LagrangeLagrange

44

55

66

77

88 99

xx

yy33

2211

Rectangular de 5 nudos. Rectangular de 5 nudos. SerendipitySerendipity

44

55

xx

yy33

2211

Rectangular de 8 nudos. Rectangular de 8 nudos. SerendipitySerendipity

44

55

66

77

88

Ele

me

nto

s finito

s de o

rde

n s

uperi

or

Ele

me

nto

s finito

s de o

rde

n s

uperi

or

Ele

men

tos r

ecta

ngu

lare

s

33

2211

44

Elemento PatrElemento Patróónn

Rectangular Rectangular BilinealBilineal

xx

yy33

2211

Cuadrilateral Lineal. Cuadrilateral Lineal. IsoparamIsoparaméétricotrico

44

ξξ

ηη

33

2211

44

Elemento PatrElemento Patróónn

77

6688

55

99

xx

yy33

2211

Cuadrilateral de 9 nudos. Cuadrilateral de 9 nudos. IsoparamIsoparaméétricotrico

44

55

66

77

88 99 ξξ

ηη

Ele

me

nto

s finito

s E

lem

ento

s finito

s is

opa

ram

isopa

ram

éétr

ico

str

ico

sE

lem

en

tos c

uadri

late

rale

s

)1)(1(4

1),(

)1)(1(4

1),(

)1)(1(4

1),(

)1)(1(4

1),(

)(

4

)(

3

)(

2

)(

1

ηξηξ

ηξηξ

ηξηξ

ηξηξ

+−=

++=

−+=

−−=

e

e

e

e

N

N

N

N

xx

yy

33

2211

44

ss

tt

ξξ

ηη

bb bb

aa

aa

Coordenadas globalesCoordenadas globales

Coordenadas localesCoordenadas locales

Coordenadas naturalesCoordenadas naturales

Rectangular Rectangular BilinealBilineal

)(

4

)(

4

)(

3

)(

3

)(

2

)(

2

)(

1

)(

1 ),(),(),(),(),(eeeeeeee NNNN φηξφηξφηξφηξηξφ +++=

Funciones de Forma en coordenadas naturales

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Elemento patrón

Función de aproximación

)1)(1(4

1),(

)1)(1(4

1),(

)1)(1(4

1),(

)1)(1(4

1),(

)(

4

)(

3

)(

2

)(

1

ηξηξ

ηξηξ

ηξηξ

ηξηξ

+−=

++=

−+=

−−=

e

e

e

e

N

N

N

N

)(

4

)(

4

)(

3

)(

3

)(

2

)(

2

)(

1

)(

1 ),(),(),(),(),(eeeeeeee NNNN φηξφηξφηξφηξηξφ +++=

Funciones de Forma en coordenadas naturales

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Definición

Función de aproximación

xx

yy

33

2211

44

ξξ

ηη

( )11, yx( )22 , yx

( )33, yx( )44 , yx

( )yx,

Cuadrilateral LinealCuadrilateral Lineal

Las funciones de forma del elemento cuadrilaterial lineal son iguales a las de su elemento patrón: el rectangular bilineal

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Función de aproximación

xx

yy

33

2211

44

ξξ

ηη

( )11, yx( )22 , yx

( )33, yx( )44 , yx

( )yx,

Cuadrilateral LinealCuadrilateral Lineal

)(

4

)(

4

)(

3

)(

3

)(

2

)(

2

)(

1

)(

1 ),(),(),(),(),(eeeeeeee NNNN φηξφηξφηξφηξηξφ +++=

Función de aproximación

)(

4

)(

4

)(

3

)(

3

)(

2

)(

2

)(

1

)(

1

)(

4

)(

4

)(

3

)(

3

)(

2

)(

2

)(

1

)(

1

),(),(),(),(),(

),(),(),(),(),(

eeeeeeee

eeeeeeee

yNyNyNyNy

xNxNxNxNx

ηξηξηξηξηξ

ηξηξηξηξηξ

+++=

+++=

Geometría del elemento

Las funciones de forma de la función de aproximación definen la geometría del elemento finito

Ejemplo: geometría del lado 3-4

)(

421)(

321

)(

421)(

321

)(

4

)(

3

)(

2

)(

1

)1()1()(

)1()1()(

)1(2

1)(,)1(

2

1)(

0,01,11

ee

ee

ee

ee

yyy

xxx

NN

NN

ξξξ

ξξξ

ξξξξ

ηξ

−++=

−++=

−=+=

==→=≤≤−

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Función de aproximación y geometría

xx

yy

33

2211

44

ξξ

ηη

( )11, yx( )22 , yx

( )33, yx( )44 , yx

( )yx,

[ ]

[ ])1)(1()1)(1()1)(1()1)(1(4

1

),(),(),(

)(

)()(

)(

4

)(

3

)(

2

)(

1

)(

4

)(

3

)(

2

)(

1

ηξηξηξηξ

ηξηξφ

φ

φ

φ

φ

ηξφ

+−++−+−−=

Φ=

=

e

ee

e

e

e

e

eeee NNNN

N

NFunción de aproximación (expresión matricial)

[ ] [ ]

)()()(

)(

4

)(

4

)(

3

)(

3

)(

2

)(

2

)(

1

)(

1

)(

4

)(

3

)(

2

)(

1

),(),(~ eee

ee

ee

ee

ee

eeee

yx

yx

yx

yx

NNNNyx

xx ηξηξ Ν=

=

Geometría del elemento (expresión matricial)

Función de forma (expresión matricial)

[ ]

=

∇=∴=∇=∇=

∂∂

=

∂∂

=

)(

4

)(

4

)(

3

)(

3

)(

2

)(

2

)(

1

)(

1

)(

4

)(

3

)(

2

)(

1

)(

4

)(

3

)(

2

)(

1

)(

)()()()()()()()(,),(),(

~

ee

ee

ee

ee

eeee

eeee

e

eeeeeeee

yx

yx

yx

yx

NNNN

NNNN

yxyx

yx

ηηηη

ξξξξ

ηξηξ

η

ξ

ηη

ξξ

J

NBxBxNxJ

)()(

)(

4

)(

4

)(

3

)(

3

)(

2

)(

2

)(

1

)(

1

)(),(

)1()1()1()1(

)1()1()1()1(

4

1),(

ee

ee

ee

ee

ee

e

yx

yx

yx

yx

xBJ ηξξξξξ

ηηηηηξ =

−++−−−

+−+−−−=

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Matriz Jacobiano

ηξηξηξ ddfdtdstsfdydxyxf eeee

∫ ∫∫∫∫∫− −

⋅==1

1

1

1

)()()()(),(det),(),(),( J

Cambio de variables para integrales dobles

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Cuadratura de Gauss – Legendre

n ξi WiMayor P.

1

2

3

-0.577350

0.0

0.0

1.0

1.0

8/9

2.0

5/9

5/9

3

2

1

5

4

+0.577350

+0.774597

-0.774597

∑∫=−

=n

iii gWdg

1

1

1

)()( ξξξ

)577350.0(0.1)577350.0(0.1)(

1

1

+⋅+−⋅=∫−

ggdg ξξ

-0.577350 +0.577350-1 +1

g(ξ)

g(-0.577350) g(+0.577350)

ξξ dg∫−

1

1

)(

ξ

ξdepotenciamayorn ≥−12

Espacio unidimensional

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Cuadratura de Gauss – Legendre

∑∑∫ ∫= =− −

⋅⋅=n

i

m

jjiji gWWddg

1 1

1

1

1

1

),(),( ηξηξηξ

η

ξ

depotenciamayorm

depotenciamayorn

≥−

≥−

12

12

n óm

ξi WiMayor P.

1

2

3

-0.577350

0.0

0.0

1.0

1.0

8/9

2.0

5/9

5/9

3

2

1

5

4

+0.577350

+0.774597

-0.774597

Espacio bidimensional

33

2211

44

ξξ

ηη

( )11, yx( )22 , yx

( )33, yx( )44 , yx

( )5773.0,5773.0:1 −−PG ( )5773.0,5773.0:2 −+PG

( )5773.0,5773.0:4 +−PG

( )5773.0,5773.0:3 ++PG

n=m=2

[ ]

∑∑

∫ ∫∫∫∫∫

= =

− −

⋅=

⋅===

n

i

m

jji

eji

Teji

ee

TeeTeeTeee

WWQ

ddJQdtdstsQdydxyxQ

1 1

)()()()(

1

1

1

1

)()()()()()()(

),(det),(

det),(),(),(

ηξηξ

ηξηξ

JNf

NNNf

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Vector de términos independientes

−−

−−==

)(

4

)(

4

)(

3

)(

3

)(

2

)(

2

)(

1

)(

1

)()()(

1111

1111

4

1)0,0()0,0(

ee

ee

ee

ee

eee

yx

yx

yx

yx

xBJ

Matriz Jacobiano evaluada en el punto de Gauss

)0,0(det)0,0(221)()()()( eTeee Qmn JNf ⋅⋅⋅⋅=→==

Considerando que la mayor potencia de la función integrada es 1

[ ]11114

1)0,0(

)( =eN

Matriz de funciones de forma evaluada en el punto de Gauss

33

2211

44

ξξξξ

η

( )11, yx( )22 , yx

( )33, yx( )44 , yx

( )0.0,0.0:1PG

n=m=1

[ ])(

4

)(

3

)(

2

)(

1

)()(

)(1)()()()()(

)()()(

)(

),(

)(

),(

)(

),(

)(

),(

)()()(

)()()(

),(

),(),(),(),(),(),(

,

),(),(),(

),(),(),(

),(),(),(

eeeeee

eeeeee

TT

eeee

yxy

eyxx

e

e

eee

eee

NNNN

yxyx

yx

yxyx

yx

y

yxy

x

yxx

y

yxy

x

yxx

∂∂

=∇=

=→=

∂=∇

∂=∇

∇=∇=

∂∂

∂∂=

∂⋅

∂+

∂⋅

∂=

∂⋅

∂+

∂⋅

∂=

η

ξηξ

ηξηξηξηξ

ηξ

ηξηξ

ηηη

ηξ

ξξξ

ηξ

ηη

ξξ

ηξη

ηξξ

NB

BJBBJB

NJNN

N

N

N

NNN

NNN

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Matriz de operadores diferenciales actuando funciones de forma

∑∑

∑∑

∫ ∫∫∫

= =

−−

= =

− −

⋅=

⋅=

⋅==

n

i

m

jji

eji

eji

eeji

Teji

Teji

eD

n

i

m

jji

eji

eeji

Teji

eD

eeeTeeeTeeD

WW

WW

dddydxyxyx

1 1

)()(1)()()()()(

1 1

)()()()()(

1

1

1

1

)()()()()()()()(

),(det),(),(),(),(

),(det),(),(

),(det),(),(),(),(

ηξηξηξηξηξ

ηξηξηξ

ηξηξηξηξ

JBJDJBK

JBDBK

JBDBBDBK

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Matriz de rigidez

)()()(

)(

4

)(

4

)(

3

)(

3

)(

2

)(

2

)(

1

)(

1

)()(

),(),(

,)1()1()1()1(

)1()1()1()1(

4

1),(

eji

eji

e

ee

ee

ee

ee

e

iiii

jjjj

jie

yx

yx

yx

yx

xBJ

xB

ηξηξ

ξξξξ

ηηηηηξ

=

=

−++−−−

+−+−−−=

siendo

Elementos finitos de campo bidimensional. Cuadrilateral Lineal

PG (PG (kk)) ξξ ηη WW

11 --0.5773500.577350 --0.5773500.577350 1.01.0

22 --0.5773500.577350 0.5773500.577350 1.01.0

33 0.5773500.577350 --0.5773500.577350 1.01.0

44 0.5773500.577350 0.5773500.577350 1.01.0

n=m=2n=m=2

Considerando que la mayor potencia de la función integrada es 2

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Matriz de rigidez

∑=

−− ⋅=4

1

)()(1)()()()()(),(det),(),(),(),(

kkk

ekk

ekk

eekk

Tekk

TeeD ηξηξηξηξηξ JBJDJBK

)()()(

)(

4

)(

4

)(

3

)(

3

)(

2

)(

2

)(

1

)(

1

)()(

),(),(

,)1()1()1()1(

)1()1()1()1(

4

1),(

ekk

ekk

e

ee

ee

ee

ee

e

kkkk

kkkkkk

e

yx

yx

yx

yx

xBJ

xB

ηξηξ

ξξξξ

ηηηηηξ

=

=

−++−−−

+−+−−−=

siendo

(ξ,η)=((ξ,η)=(--0.577350, 0.577350, --0.577350)0.577350) (ξ,η)=((ξ,η)=(--0.577350, 0.577350)0.577350, 0.577350)

(ξ,η)=((ξ,η)=(0.577350, 0.577350, --0.577350)0.577350) (ξ,η)=((ξ,η)=(0.577350, 0.577350)0.577350, 0.577350)

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Matriz de rigidez

),()(

kke ηξB

puntopunto ξξ ηη WW

11 --0.5773500.577350 --0.5773500.577350 1.01.0

22 --0.5773500.577350 0.5773500.577350 1.01.0

33 0.5773500.577350 --0.5773500.577350 1.01.0

44 0.5773500.577350 0.5773500.577350 1.01.0

n=m=2n=m=2

∑∑

∫ ∫∫∫

= =

− −

⋅=

⋅==

n

i

m

jji

eji

eji

Teeji

eG

eeTeeeTeeeG

GWW

ddGdydxyxyxG

1 1

)()()()()(

1

1

1

1

)()()()()()()()(

),(det),(),(

),(det),(),(),(),(

ηξηξηξ

ηξηξηξηξ

JNNK

JNNNNK

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Matriz de rigidez

Considerando que la mayor potencia de la función integrada es 2

∑=

⋅=4

1

)()()()()(),(det),(),(

kkk

ekk

ekk

TeeeG G ηξηξηξ JNNK

−++−−−

+−+−−−=

)1()1()1()1(

)1()1()1()1(

4

1),(

)(

kkkk

kkkkkk

e

ξξξξ

ηηηηηξB

Matriz de funciones de forma

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Matriz de rigidez

[ ])1)(1()1)(1()1)(1()1)(1(4

1),(

)(

kkkkkkkkkke ηξηξηξηξηξ +−++−+−−=N

)()()(),(),(

ekk

ekk

exBJ ηξηξ =

Matriz de coordenadas de los nudos

=

)(

4

)(

4

)(

3

)(

3

)(

2

)(

2

)(

1

)(

1

)(

ee

ee

ee

ee

e

yx

yx

yx

yx

x

Matriz de operadores diferenciales en coordenadas naturales actuando sobre funciones de forma

Matriz Jacobiano

(ξ,η)=((ξ,η)=(--0.577350, 0.577350, --0.577350)0.577350) (ξ,η)=((ξ,η)=(--0.577350, 0.577350)0.577350, 0.577350)

(ξ,η)=((ξ,η)=(0.577350, 0.577350, --0.577350)0.577350) (ξ,η)=((ξ,η)=(0.577350, 0.577350)0.577350, 0.577350)

0.386894 0.103668 0.027778 0.103668

0.103668 0.027778 0.007443 0.027778

0.027778 0.007443 0.001994 0.007443

0.103668 0.027778 0.007443 0.027778

0.027778 0.007443 0.027778 0.103668

0.007443 0.001994 0.007443 0.027778

0.027778 0.007443 0.027778 0.103668

0.103668 0.027778 0.103668 0.386894

0.027778 0.103668 0.027778 0.007443

0.103668 0.386894 0.103668 0.027778

0.027778 0.103668 0.027778 0.007443

0.007443 0.027778 0.007443 0.001994

0.001994 0.007443 0.027778 0.007443

0.007443 0.027778 0.103668 0.027778

0.027778 0.103668 0.386894 0.103668

0.007443 0.027778 0.103668 0.027778

1 2

3 4

Elemento finito cuadrilaterial lineal

Matriz de rigidez

),(),()()(

kke

kkTe ηξηξ NN