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有限元的基函数和高斯积分

有限元的基函数和高斯积分

作者: 马鹏飞_47c5 | 来源:发表于2019-11-12 16:17 被阅读0次

有限元的基函数

何晓明的ppt上将参考元上的基函数通过变量替换计算出局部单元上的基函数,个人认为这没有普遍性,PPT中提及却没详细说的算法更具一般性。

现以三角形上的二次元为例,通过解线性方程组的形式求出基函数的系数。

f=[x^2,y^2,xy,x,y,1]^T\kappa=[a,b,c,d,e,f,g],那么任意基函数可以表示成\psi_i=\kappa_i f。基函数在节点上的值不是零就是1,那么就有如下公式:
\psi_i(A_j) = \kappa_i f(A_j) = \left\{ \begin{aligned} 0, &i=j& \\ 1,&i& \end{aligned} \right.
其中A_j是各个节点的坐标。通过求解线性方程组A\kappa=e就可以得到基函数的表达式了。基函数的导数表达式如下:
\frac{\partial f}{\partial x}=[2x,0,y,0,1,0]\\ \frac{\partial f}{\partial y}=[0,2y,x,1,0,0]\\ \frac{\partial \psi_i}{\partial x}=\kappa_i\frac{\partial f}{\partial x}\\ \frac{\partial \psi_i}{\partial y}=\kappa_i\frac{\partial f}{\partial y}\\

高斯积分

一定条件下[1],x=x(u,v),y=y(u,v)
$$
I=\int\Omega f(x,y)dxdy=\int\Omega f(x(u,v),y(u,v))|J(u,v)|d(u,v)\
=\sum w_k(f(x(u,v),y(u,v))|J(u,v)|)

$$
其中(u, v)是参考元的坐标,这就要求把参考元上的高斯积分点映射到局部元上。

[1]数学分析第四版下册 page 247

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