FÜGGELÉK - MATEMATIKAI ÖSSZEFOGLALÓ

Hasonló dokumentumok
FÜGGELÉK - MATEMATIKAI ÖSSZEFOGLALÓ

Mechanika. III. előadás március 11. Mechanika III. előadás március / 30

Dr. Égert János Dr. Nagy Zoltán ALKALMAZOTT RUGALMASSÁGTAN

3. MÉRETEZÉS, ELLENŐRZÉS STATIKUS TERHELÉS ESETÉN

Kozák Imre Szeidl György FEJEZETEK A SZILÁRDSÁGTANBÓL

Szilárdságtan. Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

Kozák Imre Szeidl György FEJEZETEK A SZILÁRDSÁGTANBÓL

GÉPÉSZMÉRNÖKI, INFORMATIKAI ÉS VILLAMOSMÉRNÖKI KAR

STATIKA A minimum teszt kérdései a gépészmérnöki szak hallgatói részére (2003/2004 tavaszi félév)

1. MECHANIKA-SZILÁRDSÁGTAN GYAKORLAT (kidolgozta: Szüle Veronika, egy. Ts; Tarnai Gábor mérnöktanár.) Matematikai összefoglaló, kiinduló feladatok

Héj / lemez hajlítási elméletek, felületi feszültségek / élerők és élnyomatékok

Példatár megoldások. æ + ö ç è. ö ç è. ö ç è. æ ø. = ø

A szilárdságtan 2D feladatainak az feladatok értelmezése

HÁZI FELADAT megoldási segédlet PONTSZERŐ TEST MOZGÁSA FORGÓ TÁRCSA HORNYÁBAN 2. Anyagi pont dinamikája neminerciarendszerben

F.I.1. Vektorok és vektorműveletek

EUKLIDESZI TÉR. Euklideszi tér, metrikus tér, normált tér, magasabb dimenziós terek vektorainak szöge, ezek következményei

Dr. Égert János Dr. Molnár Zoltán Dr. Nagy Zoltán ALKALMAZOTT MECHANIKA

15. Többváltozós függvények differenciálszámítása

Fizika A2E, 1. feladatsor

ANYAGJELLEMZŐK MEGHATÁROZÁSA ERŐ- ÉS NYÚLÁSMÉRÉSSEL. Oktatási segédlet

1. MECHANIKA-SZILÁRDSÁGTAN GYAKORLAT (kidolgozta: Szüle Veronika, egy. Ts; Tarnai Gábor mérnöktanár.) Matematikai összefoglaló, kiinduló feladatok

A lecke célja: A tananyag felhasználója megismerje az erő, a nyomaték és erőrendszerek jellemzőit.

y x Komplex mennyiségek tulajdonságai, műveletei Komplex mennyiség komplex szám komplex vektor. a) Komplex mennyiség algebrai alakja: z x iy,

y x Komplex mennyiségek tulajdonságai, műveletei Komplex mennyiség komplex szám komplex vektor. a) Komplex mennyiség algebrai alakja:, z x iy x

Az F er A pontra számított nyomatéka: M A = r AP F, ahol

Projektív ábrázoló geometria, centrálaxonometria

A szilárdságtan alapkísérletei III. Tiszta hajlítás

6. RUDAK ÖSSZETETT IGÉNYBEVÉTELEI

A VÉGESELEM-MÓDSZER ALAPJAI

A lecke célja: A tananyag felhasználója megismerje a rugalmasságtan 2D feladatainak elméleti alapjait.

3. Lokális approximáció elve, végeselem diszkretizáció egydimenziós feladatra

σ = = (y', z' ) = EI (z') y'

Máté: Számítógépes grafika alapjai

Algebrai egész kifejezések (polinomok)

Az összetett hajlítás képleteiről

Műszaki Mechanika I. A legfontosabb statikai fogalmak a gépészmérnöki kar mérnök menedzser hallgatói részére (2008/2009 őszi félév)

x = 1 egyenletnek megoldása. Komplex számok Komplex számok bevezetése

MEREVSZÁRNYÚ REPÜLŐGÉPEK VEZÉRSÍK-RENDSZEREINEK KIALAKÍTÁSA 3 REPÜLŐKÉPESSÉG

Matematika OKTV I. kategória 2017/2018 második forduló szakgimnázium-szakközépiskola

2. Koordináta-transzformációk

Határérték. Wettl Ferenc el adása alapján és Wettl Ferenc el adása alapján Határérték és

12. AZ EULER-FÉLE SZABADNUTÁCIÓ, KÉNYSZERNUTÁCIÓ, PÓLUSVÁNDORLÁS

Fizikai kémia 2. A newtoni fizika alapfeltevései. A newtoni fizika alapfeltevései E teljes. (=T) + E helyzeti.

Elektromágneses hullámok

Kétváltozós függvények ábrázolása síkmetszetek képzése által

A feladatsorok összeállításánál felhasználtuk a Nemzeti Tankönyvkiadó RT. Gyakorló és érettségire felkészítő feladatgyűjtemény I III. példatárát.

Atomfizika előadás Szeptember 29. 5vös 5km szeptember óra

l = 1 m c) Mekkora a megnyúlás, ha közben a rúd hőmérséklete ΔT = 30 C-kal megváltozik? (a lineáris hőtágulási együtható: α = 1, C -1 )

Terhelés: Minden erőt egy terhelési esetben veszünk figyelembe.

A fő - másodrendű nyomatékok meghatározása feltételes szélsőérték - feladatként

1. MECHANIKA-MOZGÁSTAN GYAKORLAT (kidolgozta: Szüle Veronika, egy. ts.) Matematikai összefoglaló

1. MECHANIKA-MOZGÁSTAN GYAKORLAT (kidolgozta: Szüle Veronika, egy. ts.) Matematikai összefoglaló

Matematika A1a Analízis

(5) Mit értünk a szilárdságtanban a dinamikán? A szilárdságtanban a dinamika leírja a terhelés hatására a testben fellépő belső erőrendszert.

Dr. Égert János Dr. Molnár Zoltán Dr. Pere Balázs ALKALMAZOTT MECHANIKA

Budapesti Műszaki Főiskola, Neumann János Informatikai Kar. Vektorok. Fodor János

A kémiai kötés eredete; viriál tétel 1

Egzakt következtetés (poli-)fa Bayes-hálókban

Robottechnika II. 1. Bevezetés, ismétlés. Ballagi Áron Automatizálási Tanszék

Y 10. S x. 1. ábra. A rúd keresztmetszete.

Szabadsugár. A fenti feltételekkel a folyadék áramlását leíró mozgásegyenlet és a kontinuitási egyenlet az alábbi egyszerű alakú: (1) .

Bevezetés. Bevezetés. Bevezetés. Történeti áttekintés. Bevezetés

1. El szó. Kecskemét, február 23. K házi-kis Ambrus

SZILÁRDSÁGTAN A minimum teszt kérdései a gépészmérnöki szak egyetemi ágon tanuló hallgatói részére (2004/2005 tavaszi félév, szigorlat)

Írja át a következő komplex számokat trigonometrikus alakba: 1+i, 2i, -1-i, -2, 3 Végezze el a műveletet: = 2. gyakorlat Sajátérték - sajátvektor 13 6

1. Lineáris transzformáció

2.2. A z-transzformált

Oktatási Hivatal. A döntő feladatai. 1. Feladat Egy kifejezést a következő képlettel definiálunk: ahol [ 2008;2008]

Oktatási Hivatal. A döntő feladatainak megoldása. 1. Feladat Egy kifejezést a következő képlettel definiálunk: ahol [ 2008;2008]

{ } x x x y 1. MATEMATIKAI ÖSSZEFOGLALÓ. ( ) ( ) ( ) (a szorzás eredménye:vektor) 1.1. Vektorok közötti műveletek

Fizika A2E, 5. feladatsor

Acélszerkezetek méretezése Eurocode 3 szerint

Lineáris algebra mérnököknek

Kettős és többes integrálok

9. A RUGALMASSÁGTAN 2D FELADATAI

MAGYARÁZAT A MATEMATIKA NULLADIK ZÁRTHELYI MINTAFELADATSOR FELADATAIHOZ 2010.

A lecke célja: A tananyag felhasználója megismerje az anyagi pont mozgásának jellemzőit.

Maradó feszültség meghatározása

V É G E S E L E M M Ó D S Z E R M É R N Ö K I M E C H A N I K A I A L K A LM A Z Á S A I

Hogyan készüljünk fel? Az orvosi biofizika matema0kai és fizikai alapjai

Atomfizika előadás 4. Elektromágneses sugárzás október 1.

Lineáris egyenlet. Lineáris egyenletrendszer. algebrai egyenlet konstansok és első fokú ismeretlenek pl.: egyenes egyenlete

Feladatok Oktatási segédanyag

Vektorgeometria (1) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Optika gyakorlat 3. Sugáregyenlet, fényterjedés parabolikus szálban, polarizáció, Jones-vektor. Hamilton-elv. Sugáregyenlet. (Euler-Lagrange egyenlet)

2. MECHANIKA-STATIKA GYAKORLAT (kidolgozta: Triesz Péter, egy. ts.; Tarnai Gábor, mérnök tanár) Erők eredője, fölbontása

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2012/2013 Matematika I. kategória (SZAKKÖZÉPISKOLA) Döntő Megoldások

ÁRAMLÁSTAN ALAPJAI. minimum tételek szóbeli vizsgához. Powered by Beecy

Elemi függvények. Nevezetes függvények. 1. A hatványfüggvény

A szilárdságtan alapkísérletei I. Egyenes rúd húzása, zömök rúd nyomása

8. MECHANIKA-SZILÁRDSÁGTAN GYAKORLAT (kidolgozta: dr. Nagy Zoltán egy. adjunktus; Bojtár Gergely egy. Ts.; Tarnai Gábor mérnöktanár.

10. KINEMATIKA, KINETIKA

A kardáncsukló tengelyei szögelfordulása közötti összefüggés ábrázolása. Az 1. ábrán mutatjuk be a végeredményt, egy körülfordulásra.

Mechanika. II. előadás március 4. Mechanika II. előadás március 4. 1 / 31

Vektorok. Wettl Ferenc október 20. Wettl Ferenc Vektorok október / 36

ANALITIKUS MÓDSZER RÉSZLEGESEN KAPCSOLT, RÉTEGEZETT KOMPOZIT RUDAK SZILÁRDSÁGTANI FELADATAINAK MEGOLDÁSÁRA

Tevékenység: Olvassa el a bekezdést! Jegyezze meg a teljes potenciális energia értelmezését! Írja fel és tanulja meg a külső erőrendszer potenciálját!

2. gyakorlat. A polárkoordináta-rendszer

I. VEKTOROK, MÁTRIXOK

Átírás:

FÜGGEÉK - MAEMAIKAI ÖSSZEFOGAÓ E a fejeet rövien össefoglalja aokat a matematikai ismereteket ameleket a Végeselem analíis tantárg fel fog hasnálni A össefoglalás nem teljes résletességgel mutatja be a sükséges ismereteket a alapfogalmak és a alapvető össefüggések felsorolásának tekinthető csak Elsősorban arra kívánja felhívni a figelmet hog melek aok a témakörök ameleket célserű a korábbi tanulmánokból átismételni F1 Mátrialgebra Mátri: Skaláris menniségeknek sámoknak megaott sabál serint tábláatba reneett halmaa a11 a 1 a1 n a1 a a n A = ( m n) a a a m1 m Et a tábláatot m n típusú (méretű) mátrinak neveük A mátriokat a követkeőkben kétser aláhúott betűvel jelöljük Mátriok össege: mn Aonos típusú (méretű) mátriok össegén olan mátriot értünk amelnek elemei egenlők a eges mátriok megfelelő (aonos ineű aonos helen álló) elemeinek össegével: A+ B= C a a b b ( a + b ) ( a + b ) + = ( ) ( ) 11 1 11 1 11 11 1 1 a1 a b1 b a1 b1 a b + + ( ) ( ) ( ) Mátriok sorata: A m p méretű A mátri és a p n méretű B mátri soratán at a Ha a A mátri elemeit mátri c ij m n méretű mátriot értjük amelnek ij ineű elemét a A mátri i -eik sorának és a B mátri j -eik oslopának kombinációja 1 aja aij -vel és a B mátri elemeit b ij elemei a alábbiak serint sámíthatók ki: c p = ab ij ik kj k = 1 Péla: ()-es mátriok sorata: AB= C -vel jelöljük akkor a AB = C 1 A a1 a an és b1 b bn sám n -esek kombinációján a ab 1 1 + ab + + ab n n soratösseget értjük 1

a a b b ( ab + ab) ( ab + ab ) = ( ) ( ) 11 1 11 1 11 11 1 1 11 1 1 a1 a b1 b a1b11 ab1 a1b1 ab + + ( ) ( ) ( ) Péla: ()-es mátri és oslopmátri sorata: Ab= c a a b ab+ ab = 11 1 1 11 1 1 a1 a b ab 1 1+ ab ( ) ( 1) ( 1) A mátriok sorása nem kommutatív művelet: AB BA Oslopmátri: olan mátri amelnek csak eg oslopa van b b = b 1 Mátri transponáltja: olan művelet amel a mátri elemeit tükröi a főátlóra vag felcseréli a sorokat és a oslopokat a a a a A = = 11 1 11 1 A a1 a a1 a Sormátri: olan mátri amelnek csak eg sora van a = a a 1 A sormátriot minig eg oslopmátri transponáltjának tekintjük Péla: sormátri és ()-es mátri sorata: a B = c b b 11 1 a1 a ab 1 11 ab 1 ab 1 1 ab (1 ) b1 b (1 ) ( ) [( ) ( )] = + + Simmetrikus mátri: A = A Ferén simmetrikus mátri: Egségmátri: AE= E A= A Mátri eterminánsa: 1 3 31 3 33 A = A a11 a1 a13 a a a a et a = et a a a = a A + a A + a A = a + a + ij a a a 3 1 3 11 11 1 1 13 13 11 1 a3 a 33 a3 a 33 + a a a = a a a a a a a a a a + a a a a a ( ) ( ) ( ) 1 13 11 33 3 3 1 1 33 13 31 13 1 3 31 a31 a3 Mátri ajungáltja: a ajungált mátri ij ineű eleme a ereeti mátri ij eleméhe tartoó előjeles aletermináns Főátló: ahol a mátriban a aonos ineű elemek állnak

Jelölés: ( ij ) aj a = A ( i = 1 n; j = 1 n) ij Inver mátri: 1 1 A A = A A= E 1 1 aj( a ji ) A = aij = et a ij a b Péla: a A = c mátri invere: A ineáris algebrai egenletrenser: A Résletesen kiírva: A mátri sorást elvégeve: 1 b a bc a bc = c a a bc a bc = b a a a b 11 1 13 1 1 a1 a a 3 b a31 a3 a 33 3 b 3 = a111 + a1 + a133 = b1 a11 + a + a33 = b a + a + a = b 31 1 3 33 3 3 1 1 1 A egenletrenser megolása: A A= A b = A b Singuláris mátri: et a ij = 0 = E λma Rossul konicionált mátri: κ ( A) = 1 ahol λ ma és λ min a mátri legnagobb és a λmin legkisebb sajátértékét jelentik A κ a mátri koníció sáma Rossul konicionált mátriok lineáris egenletrenserek megolása során okonak problémát ekkor uganis a b (oslop)mátriban bekövetkeett kis váltoás nag váltoást oko a ismeretleneket tartalmaó (oslop)mátriban F Vektoralgebra Skaláris menniség: olan fiikai menniség amelet nagsága előjele és mértékegsége jelleme Vektormenniség: iránított fiikai menniség amelet nagsága irána és mértékegsége jelleme Vektor megaására annak koorinátáit hasnáljuk A a síkbeli vektor koorinátái: a a A a -t koorinátái és a e e egségvektorok ( = 1 e = 1 e e ) segítségével egértelműen meghatárohatjuk: e 3

a = a e + a e = a cosα e + a sin α e = a (cosα e + sin α e ) = a e a a = a + a e = cos α + sin α = 1 a e a a a e α e a Vektorok össeaása: a+ b = c ( ae + ae ) + ( be + be ) = ( a + b ) e + a + b e c c Vektorok kivonása: a b = a = b + ( ae + ae ) ( be + be ) = ( a b ) e + a b e Vektormenniségek köött többféle sorási művelet is efiniálható: Vektorok skaláris sorása (a eremén skaláris menniség): Értelmeés: a b = a b cosα Kisámítás: a b= ab + ab + ab A egségvektorok skaláris sorata: e e = 1 e e = 1 e e = 1 e e = 0 e e = 0 e e = 0 Követkemén: a a = a a b = 0 a b Vektorok vektoriális sorata (a eremén vektor): Értelmeés: a b = a b sinα e e e Kisámítás: a b = a a a = e ab ba e ab ba + e ab ba b b b ( ) 4

A ereménvektor iránát a ún jobbké sabállal kapjuk meg: ha jobb kéel a a vektort a b vektorba forgatjuk akkor a jobb ké hüvelkujja aja meg a ereménvektor iránát A egségvektorok vektoriális sorata: e e = 0 e e = 0 e e = 0 e e = e e e = e e e = e e e = e e e = e e e = e Követkemén: Ha a 0 és b 0 akkor a b = 0 a b Vektorok veges sorata (a eremén skalár menniség): abc = a b c= a b c Értelmeés: ( ) ( ) ( ) a a a a b c abc = b b b = a b c c c c a b c ulajonság: ( abc) = ( cab) = ( bca) = ( cba) = ( acb) = ( bac) Követkemén: Ha a 0 b 0 és c 0 és ( abc ) = 0 Kisámítás: ( ) A három vektor eg síkban van Vektorok kétseres vektoriális sorata (a eremén vektor menniség): a b c a b c Értelmeés: ( ) vag ( ) Kisámítás: a értelmeés alapján kifejtési tétellel Kifejtési tétel: ( a b) c = b( a c) a( b c) a b c = b a c c a b ( ) ( ) ( ) ulajonság: A vektoriális sorások sorrenje nem cserélhető fel A vektorok sorrenje nem cserélhető fel Reciprok vektorhármas: egen a 1 a a 3 három tetsőleges nem eg síkba eső vektor: aaa = v ( ) 1 3 0 5

A a 1 a a 3 vektorhármasho tartoó reciprok vektorhármas: a a 3 a 3 a 1 a 1 a a1 = a = a3 = ( aaa 1 3) ( aaa 1 3) ( aaa 1 3) A íg efiniált vektorok sorra merőlegesek a aa 3 a aa 3 1 és a aa 1 vektorok által kifesített síkokra 1 a a3 a3 a1 a1 a Iga a is hog ( aaa 1 3) = valamint a1 = a = a 3 = v aaa aaa aaa ( 1 3) ( 1 3) ( 1 3) A előbbi össefüggések simmetriája valamint 1 v reciprok vektorhármasának neveük megjelenése miatt a két rensert egmás F3 enoralgebra F31 enor értelmeése és előállítása enor értelmeése: homogén lineáris vektor-vektor függvén által megvalósított leképeés (hoárenelés) w = f( v ) = v A tenor a tetsőleges v vektorho eg w vektort renel hoá ulajonság: - f ( λv) = λf ( v) ahol λ eg skaláris egüttható f v + v = f v + f v - ( ) ( ) ( ) 1 1 Eel a két tulajonsággal ekvivalens: - w = f ( λ ) ( ) ( ) 1v 1 + λv = λ1 f v 1 + λ f v = λ1w 1 + λw w w 1 ahol λ 1 λ skaláris egütthatók Követkemén: 0 = f (0) (ha v = 0 akkor w = 0 ) étel: a tenort három értékpárja egértelműen meghatároa feltéve hog v 1 v v 3 vekto- 6

vvv rok nem esnek köös síkba: ( ) 1 3 0 v1 w1 = f( v1) v w = f( v) ahol w1 w w3képvektorok v3 w3 = f( v3) A tétel at jelenti hog ha ismerem a v 1 v v 3 -ho tartoó w 1 w w 3 képvektorokat akkor tetsőleges v vektorho meg tuom határoni a w képvektort Diá vektorok iaikus sorata: Két vektor iaikus soratának ereméne eg speciális tenor amit iának neveünk Jelölés: = a b Értelmeés: olan sorás amelre fennállnak a alábbi össefüggések: ( a b) c = a( b c) c ab = c a b ab c ( ) ( ) ( ) Diá (speciális tenor) kisámítása mátrisorással: enor megaása: enor elemeinek formális jelölése: a ab ab ab (1 3) a ab ab ab (3 1) (3 3) = = a b= a b b b = ab ab ab tenor mátria (sámkilences) és koorináta renser 11 1 13 1 3 31 3 33 = = étel: minen tenor előállítható három iá össegeként: w = f( v ) = v egen ismert három értékpár: v 1 w 1 v w 7

v w 3 3 A tenor iaikus előállítása: = w1v1 + w v + w3 v3 A tenor transponáltjának iaikus előállítása: = v1 w1 + v w + v3 w3 Simmetrikus tenor: = Ferén simmetrikus (antisimmetrikus) tenor: = Egségtenor: v = E v = I v E = I = v v + v v + v v = v v + v v + v v 1 1 3 3 1 1 3 3 1 0 0 E I 0 1 0 = = 0 0 1 étel: minen tenor felbontható eg simmetrikus és eg ferén simmetrikus tenor össegére 1 1 = ( + ) + ( ) F3 enor előállítása eréksögű escartesi koorináta-renserben eképeés: e a = f ( e ) e b = f ( e) e c = f e s ( ) Kapcsolat a előő jelölésekkel: v 1 = e v = e v 3 = e w1 = a w = b w3 = c v = e v = e v = e fs 1 3 enor iaikus előállítása Descartes-féle eréksögű koorinátarenserben (DDKR): = ae + be + c e Ov e A tenor mátriát résletesen kiírva: v e e Ow c b a w 8

a b c a b c [ 1 0 0] [ 0 1 0] [ 0 0 1] = a + b + c = a 0 0 0 b 0 0 0 c a b c = a 0 0 0 b 0 0 0 c a b c + + = a 0 0 0 b 0 0 0 c a b c A tenor mátria eréksögű escartesi koorináta-renserben a oslopaiban tartalmaa a e e e -he tartoó a b c képvektorok koorinátáit F33 tenorok kétseres skaláris sorata A kétseres skaláris sorás értelmeését a egserűség kevéért két iáal (speciális tenor) mutatjuk be Általános nem simmetrikus esetben a kétseres skaláris sorás elvégése több váltoatban lehetséges: 1 váltoat: ( ab) ( c ) = ( a c)( b ) ab c = a b c váltoat: ( ) ( ) ( )( ) A kétseres skaláris sorás ereméne skaláris menniség A eges váltoatok ereméne nem aonos érték Ha a soró téneők simmetrikus tenorok akkor minen váltoatnál uganat a eremént kapjuk Pl: a fajlagos alakváltoási energia előállítása: 1 1 u = F A= ( ρ e + ρ e + ρ e) ( α e + α e + α e) = 1 = ( ρ α + ρ α + ρ α) F4 Koorináta-renserek Mechanikai mogásokról minig valamihe képest valamire vonatkotatva besélhetünk A mogás leírásánál a vonatkotatási alapot a koorináta-renser (KR) képei F41 Deréksögű escartesi koorináta-renser (DDKR) e O e e e e P( ) e 9

Független váltoó (helkoorináta): Koorináta vonalak: P P =állanó egenes P P = állanó egenes P P = állanó egenes Báisvektorok: a koorináta vonalak érintő egségvektorai e = áll e = áll e = áll e = e = e = 1 e e = e e = e e = 0 Descartes 3 -féle báisvektorok nem függenek a heltől és minen pontban merőlegesek egmásra A DDKR egenesvonalú egségbáisú eréksögű koorináta-renser F4 Henger koorináta-renser (HKR) R PR ( ϕ ) e e ϕ ϕ e R Független váltoó (helkoorináta): R ϕ Koorináta vonalak: ϕ P P = állanó egenes RP P = állanó kör RP ϕp = állanó egenes Báisvektorok: a koorináta vonalak érintő egségvektorai e ( ) R = er ϕ eϕ = eϕ( ϕ) e = áll er = eϕ = e = 1 er eϕ = eϕ e = e er = 0 A e R és e ϕ báisvektorok nem függetlenek a heltől (függenek a ϕ helkoorinátától) aonban minen pontban merőlegesek egmásra A HKR görbevonalú egségbáisú eréksögű koorináta-renser e A báisvektorok hel serinti eriváltja: R eϕ = e ϕ er ϕ ϕ = A báisvektorok hel serinti váltoását a ábra semlélteti 3 René Descartes (1596 1650) francia matematikus és filoófus 10

F5 Koorináta transformáció egen ( ) és ( ) két egmásho képest elforgatott aonos keőpontú eréksögű escartesi koorináta-renser ζ e ζ e η e η O e ξ e ξ Koorináta transformáció: uganat a menniséget (vektort tenort) különböő koorinátarenserekben akarjuk felírni Vektorok transformációja: Jelölés: [ v ] [ v ] tetsőleges vektor a koorináta-renserben felírva ugana a vektor a koorináta-renserben felírva [ v] = K [ v] (3 1) (3 3) (3 1) ( eξ e) ( eξ e) ( eξ e) K ( eη e) ( eη e) ( eη e) = ( eζ e) ( eζ e) ( eζ e) A K transformációs mátriban a egségvektorok köötti skaláris sorásokat elvégeve: cos( ξ ) cos( ξ ) cos( ξ ) K= cos( η ) cos( η ) cos( η ) cos( ζ ) cos( ζ ) cos( ζ ) 1 A transformációs mátri tulajonsága: [ v] = K [ v] = K [ v] e 1 K = K ortogonális mátri 1 1 K K = K K = K K = K K = E w = v w = v enorok transformációja: [ ] [ ] [ ] [ ] A első (bal olali) egenlet vektorait transformálva: 11

K K [ w ] = K [ v ] A egenlet minkét olalát besorova a transformációs mátrisal: [ w] = K K [ v] = K K étel: Csak olan sámkilences (pl 3 3-as mátri) alkothat valamel koorinátarenserben tenort amel eg másik koorináta-renserbe való áttérésnél a fenti sabál serint transformálóik F6 Hel serinti ifferenciálás F61 Vektor hel serinti eriváltja DDKR-ben a = ae + ae + ae a a a a A vektor helkoorináták serinti eriváltja: = e + e + e a a a a = e + e + e a a a a = e + e + e Csak a koorinátákat kell eriválni a báisvektorok nem függenek a heltől F6 Vektor hel serinti eriváltja HKR-ben a= ae R R+ ae ϕ ϕ+ ae a ar aϕ a A vektor helkoorináták serinti eriváltja: = er + eϕ + e R R R R a ar e a e R ϕ ϕ a = er + ar + eϕ + aϕ + e ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ( ae R R) ( ae ϕ ϕ) ϕ ϕ a a a R ϕ a = er + eϕ + e A e R és e ϕ báisvektorok is függenek a ϕ helkoorinátától 1

F7 A Hamilton-féle ifferenciál operátor (nabla) A Hamilton 4 -féle vag (nabla 5 ) ifferenciál operátor: DDKR-ben: = e + e + e 1 HKR-ben: = er + eϕ + e R R ϕ F71 Divergencia (skaláris sorás) a) Vektor ivergenciája: a a a a ( ae ae ae) e e e = + + + + = + + 1 a = ( ae R R+ ae ϕ ϕ+ ae ) er+ eϕ+ e = R R ϕ ar 1 e a R ϕ a = + ar eϕ + + R R ϕ ϕ er Felhasnálva hog = e ϕ és e ϕ e ϕ = 1 végül at kapjuk hog ϕ ar 1 aϕ a a = + ar + + R R ϕ a = a A vektor jobb olali ivergenciája megegeik vektor bal olali ivergenciájával b) enor jobb olali ivergenciája: A = ( a1e + a e + a3 e) e + e + e = a a a a a a 1 e 3 1 3 e e e = + + e e = + + = 1 = 1 = 1 A tenor jobb olali ivergenciája általában nem egenlő a tenor bal olali ivergenciájával: A A 4 William Rowan Hamilton (1805 1865) ír matematikus fiikus és csillagás 5 Hárfáho hasonló sió hangser görög nevéből sármaó elneveés 13

Menniségek renje (ineeinek sáma): skalár 0 ( a ) vektor 1 ( a i ) másorenű tenor harmarenű tenor 3 a ij a ijk ulajonság: A nablával történő skaláris sorás a menniség renjét eggel csökkenti Pélául a vektor ivergenciája skaláris a tenor ivergenciája vektor menniség F7 Rotáció (vektoriális sorás) a) Vektor jobbolali rotációja: a = ( ae + ae + ae ) e + e + e = a a a a a a = e e + e e + e e + e e + e e + e e = e e e e e e a a a a a a = e e + e A vektor jobb olali rotációja általában nem egenlő a vektor bal olali rotációjával: a a b) enor jobb olali rotációja: A = ( a1e + a e + a3 e) e + e + e = a a3 a1 a3 a1 a = e e + e e + e e + e e + e e + e e = e e e e e e a a3 a3 a1 a1 a = e + e + e A tenor jobb olali rotációja általában nem egenlő a tenor bal olali rotációjával: A A ulajonság: a nablával történő vektoriális sorás a menniség renjét nem váltotatja meg Pélául a vektor rotációja vektor a tenor rotációja tenor menniség F73 Graiens (iaikus sorás) a a a a) Skalár graiense: a = a= e + e + e b) Vektor graiense: 14

a = ( ae + ae + ae ) e + e + e = a a a = e e + e e + e e + a a a e e + e e + e e + a a a + e e + e e + e e A vektor jobb olali graiense egenlő a vektor bal olali graiensének transponáltjával: a a a = ( a) a a a a a a A graiens tenor mátria: [ a ] = a a a ulajonság: A nablával történő iaikus sorás a menniség renjét eggel megnöveli pélául vektor nablával történő iaikus sorásának ereméne tenor F8 A variációsámítás alapgonolata A δ f( ) a f( ) függvén variációja δ f( ) eltérés a f( ) függvéntől A variáció jelentése: eltérés megváltoás Feltételeük hog a = a és a = b helen nincs eltérés: δ f( ) = δ f( ) = 0 = a = b Funkcionál: olan leképeés amelnél a J[ f ] értelmeési tartomána a f( ) függvének halmaa A funkcionál jele: J[ f ] a J[ f ] értékkéslete a valós sámok halmaa J[ f] F f f A funkcionál: = ( ) b = a ahol F( f f ) aott (ismert) kifejeés 15

A funkcionál variációja: A J[ f ] funkcionálban lévő f( ) függvén helére helettesítsünk be a f( ) + αδ f( ) függvént ahol α eg valós paraméter Íg a α különböő értékeire különböő a J funkcionálba helettesített függvéneket kapunk Fejtsük alor-sorba a J[ f( ) + αδ f( )] funkcionált a f( ) körül úg mintha a ( ) f( ) eg kis megváltoása ahol δ f ( ) konstans: f eg váltoó lenne a f ( ) J f f J f f J f f J f f [ ] [ ] [ ] [ ] αδ peig a + αδ = + αδ + + αδ α + + αδ α + α α A sorfejtésben sereplő eriváltakat sokás n -e renű Gâteau-féle 6 (gátó) vag iránmenti eriváltnak is neveni n = + n Jele: D J[ f δ f ] J[ f αδ f ] α n δ f serinti első variá- A J[ f ] funkcionál első renű Gâteau-féle eriváltját a funkcionál ciójának is neveük J[ f + αδf] J[ f] DJ[ f δf] = J[ f + αδf] = lim α α 0 α A másoik variáció Gâteau serinti értelmeése: = + D J[ f δf] J[ f f] α αδ Cél: funkcionálok sélső értékének megkeresése Peremfeltétel: f( = a) = fa f( = b) = fb aott Felaat: a f( ) függvénhalmaból annak a f 0 ( ) függvénnek a kikeresése amelre a J[ f ] funkcionál sélsőértéket solgáltat A variációsámítás serint funkcionálok sélsőértékének feltétele: minimum esetén δ J > 0 δ J = 0 és maimum esetén δ J < 0 A variációt (variálási műveletet) formálisan a eriválásho hasonlóan kell képeni e a variáció nem a hel hanem különböő paraméterek serinti ifferenciál a variáció (váltotatás) során a peremfeltételt minig ki kell elégíteni Pélául a elmoulásmeő u u u ifferenciálja: u = + + 6 René Gâteau (1889-1914) francia matematikus 16

variációja: δ u u u c1 c c δ = + c δ + + A f( ) függvén ifferenciálja: f 1 f = variációja: δ f f f c1 c c δ = + c δ + + 1 Péla funkcionál első és másoik variációjának előállítására: u ( ) p AE Aott: a ábrán látható p = állanó megosló erőrenserrel húott befalaott tartó hossa A kerestmetsete és E rugalmassági moulusa Felaat: a tartó Π teljes potenciális energiájának (mint a Π [ u] funkcionálnak) a első és másoik variációjának előállítása A teljes pontenciális energia értelmeése a 43 pontban megtalálható A u ( ) függvén a rú pontjainak aiális iránú elmoulása 1 A húott rú teljes potenciális energiája: Π [ u] = ( ) AE u p u = 0 = 0 A teljes potenciális energia első variációja: δπ [ u δu] = Π [ u αδu] = α 1 AE( u αδu ) p ( u αδu) α = 0 = 0 + + = = AE( u + αδu ) δu p δu = = 0 = 0 AEu δu p δu = 0 = 0 A teljes potenciális energia másoik variációja: Π = Π = δ [ u δu] [ u u] α αδ = AE ( δu ) = AE ( δu ) = 0 = 0 + + = 1 ( ) ( ) AE u αδu p u αδu α = 0 = 0 17

SZAKIRODAOM [1] Pácelt I: Végeselem-móser a mérnöki gakorlatban Miskolci Egetemi Kiaó 1999 [] Bojtár I Gáspár Zs: Végeselem-móser építőmérnököknek erc Kft Buapest 003 [3] Bathe K J: Finite element proceures Prentice Hall Inc 1996 [4] Sabó B Babuška I: Finite element analsis John Wile & Sons Inc 1991 [5] Altenbach J Fischer U: Finite-element Prais Fachbuchverlag eipig 1991 [6] Matthews F Davies G A O Hitchings D Soutis C: Finite Element moelling of composite materials an structures Woohea t 000 [7] Bunas R G: Avance Strength an Applie Stress Analsis Mc Graww-Hill 1999 [8] M Csimaia B Nánori E: Mechanika Mérnököknek Silárságtan Nemeti ankönvkiaó 1999 [9] Kleiber M: Hanbook of Computational Soli Mechanics Springer Verlag 1998 [10] Argiris J Mleinek H P: Computernamik er ragwerke Die Methoe er Finiten Elemente Ban III Vieweg Verlag 1997 [11] Krätig W B Basar Y: ragwerke 3 heorie un Anwenung er Methoe er Finiten Elemente Springer Verlag 1997 [1] Béa G Koák I Verhás J: Kontinuummechnika Műsaki Könvkiaó 1986 [13] Béa G Koák I: Rugalmas testek mechanikája Műsaki Könvkiaó 1987 [14] Richter W: Numerische ösung partieller Differentialgleichungen mit er Finite- Elemente-Methoe Vieweg Verlag 1986 [15] Simmons J G: enoranalíis ióhéjban Műsaki Könvkiaó 1985 [16] Papastavriis J G: ensor calculus an analtical namics CRC Press 1999 [17] imoshenko S Woinowsk-Krieger S: emeek és héjak elmélete Műsaki Könvkiaó Buapest 1999 [18] Re J N : Mechanics of laminate composite plates an shells heor an Analsis CRC Press 004 [19] Barbero EJ: Finite Element Analsis of Composite Materials CRC Press 008 [0] Berlio A rompette Ph: Soli Mechanics using the Finite Element Metho John Wile & Sons Inc 010 [1] Smith I M Griffiths D V: Programming the Finite Element Metho John Wile & Sons Inc 004 [] Zienkiewic O C alor R: he Finite Element Metho Vol 1: he Basis Butterworth Heinemann 000 [3] Zienkiewic O C alor R: he Finite Element Metho Vol : Soli Mechanics Butterworth Heinemann 000 18

[4] Beltschko iu W K Moran B: Nonlinear Finite Elements for Continua an Structures John Wile & Sons t 001 [5] ewis R W - Morgan K homas H R Seetharamu K N: he Finite Element Metho in Heat ransfer Analsis John Wile & Sons t 1996 [6] Re J N Gatrling D K: he Finite Element Metho in Heat ransfer an Flui Dnamics CRC Press 001 19