Hello, dear friend, you can consult us at any time if you have any questions, add WeChat: daixieit

AE420/ME471-Introduction to the Finite Element Method

Practice Problems 2b

Fall 2022

Problem 1

The potential energy of a (Euler) beam of length L supported by an elastic foundation (Figure 6. 1) is given by

where w(x) is the beam deflection, E is the Young modulus, I is the moment of inertia,

p(x) is the distributed load acting on the beam, and k is the stiffness of the elastic foundation.

a)What differential equation does the beam deflection satisfy?

b) Derive the local stiffness matrix and local load vector for a 2-node element of length C, stiffness E, moment of inertia I, foundation stiffness k, and transverse load p. Sketch  the  shape  functions  to be used with this particular  element.  Describe how you would derive the expressions of these shape functions (without actually deriving them!). Write the expression of the components of [k] and {r}(without performing the integrations!).

Problem 2

The GDE for an Euler-Bernouilli beam under axial compressive loading P and transverse load q is

where L is the length of the beam, I is the moment of inertia of the beam and E is its stiffness. Assume that the beam is cantilever (fixed displacement and slope) at x=0 and  x=L.   Using   the   Galerkin   Weighted   Residual   Method,   derive   the   finite   element formulation  for  a  2-node  element  of  length  C.  Explain  every  step  of  your  analysis. Sketch  the  shape  functions.  What  continuity requirement  do you have  for this problem and why? What is the expected size of the local stiffness matrix [k] and local load vector {r}?