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雅可比矩阵(二)

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假设在物理坐标系中由曲线y=x,y=3x,xy=1,xy=5围成一个单元区域D。如图所示:

四个点的坐标分别为

要求该区域的面积,常规的做法是在默认的坐标系中进行积分,其积分区域必须分为三个子区域。

现在采用坐标映射的办法,将其映射到一个规则的矩形区域

坐标映射关系为:

作微分运算

J是雅可比矩阵。这样一来,就可以在规则矩形区域积分了

如果将其映射到另一个规则的矩形区域,这是我们所熟悉的区域。

物理坐标系和自然坐标系的坐标映射关系为


作微分运算之后的雅可比矩阵为


用MATLAB求得其面积为2.198。以下是计算过程的代码


等参单元的刚度矩阵大致就是这么来的,只不过采用的是高斯积分。


来源:数值分析与有限元编程
MATLAB
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首次发布时间:2024-04-01
最近编辑:8月前
太白金星
本科 慢慢来
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雅可比矩阵(一)

物理坐标系和自然坐标系的坐标映射关系为咋一看,这似乎是一个线性方程组。实际上并不是,这是一个非线性方程组(不是太明显),如果是C1或者C2级就有二次项了。事实上,研究非线性方程组远比线性方程组困难,于是我们就想把它转化为线性方程组。如何转化?微分!微分的本领就是将“弯曲的”变成“直的”。来看一个简单的例子,二次函数y=x^2及其一阶导数的图像如图所示:可以看到,二次函数y=x^2求导之后,就成了一条直线了。同理,在三维空间,曲面方程求导之后得到的是一个平面方程,具体可参看高等数学的教材。现在来对非线性方程组作微分运算写成矩阵形式矩阵J就是雅可比矩阵,雅可比矩阵是把非线性问题转化成线性问题的一个有力工具。点击【阅读原文】查看坐标映射来源:数值分析与有限元编程

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