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有限元分析中四节点杆单元的集成过程是结构模拟的重要基础。这种二次杆单元相比线性单元能更精确地描述复杂变形行为。
在MATLAB实现时,首先需要建立单元刚度矩阵。对于四节点杆单元,其刚度矩阵需要考虑二次形函数的影响,通过数值积分获得单元刚度特性。每个节点有两个自由度,因此单元刚度矩阵是8x8的对称矩阵。
力向量的集成需要考虑单元所受的分布载荷和集中载荷。在四节点单元中,载荷需要根据形函数分配到各个节点上。应力计算则基于位移解和应变-位移关系矩阵,通过形函数导数获得单元内部应力分布。
MATLAB实现的关键步骤包括:定义单元几何、材料属性、形函数及其导数;进行高斯积分计算刚度矩阵;组装全局矩阵时正确处理节点编号映射;后处理阶段计算应力分布等。通过合理利用MATLAB的矩阵运算能力,可以高效完成这些计算任务。