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/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / sci / math / numanal / 3909 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1993-01-21  |  5.8 KB

  1. Path: sparky!uunet!noc.near.net!argo.hks.com!pegasus.hks.com!curran
  2. From: curran@pegasus.hks.com (Bill Mills-Curran)
  3. Newsgroups: sci.math.num-analysis
  4. Subject: Re: HELP!!(Cholesky Decompsition for negative-definite matrix ???)
  5. Date: 21 Jan 1993 13:11:08 GMT
  6. Organization: Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Inc.
  7. Lines: 106
  8. Distribution: world
  9. Message-ID: <1jm7dcINN37e@argo.hks.com>
  10. References: <20JAN199313260117@envmsa.eas.asu.edu> <1jkhnrINNm76@rave.larc.nasa.gov> <20JAN199323572808@envmsa.eas.asu.edu>
  11. NNTP-Posting-Host: pegasus.hks.com
  12.  
  13. In article <20JAN199323572808@envmsa.eas.asu.edu>, sychen@envmsa.eas.asu.edu (Chen, Shen Yeh) writes:
  14. |> In article <1jkhnrINNm76@rave.larc.nasa.gov>, makarand@gazelle.larc.nasa.gov (Makarand A. Kulkarni) writes...
  15. |> >In article <20JAN199313260117@envmsa.eas.asu.edu>, sychen@envmsa.eas.asu.edu (Chen, Shen Yeh) writes:
  16. |> >|> 
  17. |> >|>    I need to solve a linear system equation. In fact, that's the stiffness
  18. |> >|>  matrix [K] from finite element method. The system is like :
  19. |> >|>  [K]*{U}={P}.  where [K](nxn)
  20. |> >|> 
  21. |> >|>    [K] IS ALWAYS SYMETRIC, but not necessarily positive-definite. If it is
  22. |> >|>  singular, we think this system to be unstable. Because of the symetry, I
  23. |> >|>  always use Cholesky Decompsition to reduce the size of [K]. However, now
  24. |> >|>  I have some situation that [K] is negative-definite but I still have to
  25. |> >|>  solve the equation. I have not try Gauss method yet, however.
  26. |> >|> 
  27. |> >|>    Does anyone kow :
  28. |> >|>    1) Is there any method I can use to reduce [K], and still solve the system
  29. |> >|>       when [K] is negative-definite ? (Note that [K] IS ALWAYS SYMETRIC)
  30. |> >|>    2) If such method exists, what's the criteria for positive- or negative-
  31. |> >|>       definite?
  32. |> >|>    3) If no such method exits,( We can not take advantage of symetry to
  33. |> >|>       reduce the size of [k], I mean.), does Gauss method work? What's
  34. |> >|>       the criteria for question (2)?
  35. |> >|> 
  36. |> >|>  NOTE : (1) In such system, we do not do pivotting among the rows of [K],
  37. |> >|>             if using Gauss method. If there is a zero on the diagonal,
  38. |> >|>             we consider it as unstable.
  39. |> >|>         (2)      [ ] ====> matrix      { } ====> column vector
  40. |> >|> 
  41. |> >|>    It will be greatly appreciated if anyone can give me some idea. If you
  42. |> >|>  do not want to type all that stuff to me, just tell me the theorem used.
  43. |> >|>  Of course, it will be better if you can tell me reference books. Any
  44. |> >|>  assistance will be greatly appreciated.
  45. |> >|> 
  46. |> >|>    Thank you very very very much !!!!!!
  47. |> >|> 
  48. |> > 
  49. |> > 
  50. |> >I think I dont understand your problem. If K is the stiffness matrix from
  51. |> >the finite element method, how can K be NEGATIVE DEFINITE? 
  52. |> >The qudratic form of K represents some kind of internal energy (eg. strain energy in solid mechanics), so K is always positive semi-definite, right????  It seems you ought not to worry about a negative definite K.
  53. |> > 
  54. |> >I realize that I am not shedding any light on your problem, but would
  55. |> >appreciate it if you could clarify this.
  56. |> >In particular, let me know what physical problem gives rise to a negative definite K.
  57. |> >Regards
  58. |> > 
  59. |> >Makarand
  60. |> >makarand@puma.larc.nasa.gov
  61. |> Hi,
  62. |> 
  63. |>   This is from Shrn-yeh Chen, for further discription of the problem.
  64. |> 
  65. |>   This is hard to explain here. In fact, if a structure is under 'unloading'
  66. |> condition, [k] will be negative-definite. That is, in general condition,
  67. |> an incremental load will cause the total strain energy increase-if the
  68. |> structure is 'intended' to be stable. Other wise, there is condition call
  69. |> 'snapping through ' happening.
  70. |> 
  71. |> 
  72. |>    For example, a loaded sturcture like the FIG1   will have the behavior
  73. |> described    above:
  74. |> 
  75. |>  ###########################################################################
  76. |>  ##   @                   ##   |      *  *                                ##
  77. |>  ## A  \                  ##   |   *   |    *                      *      ##
  78. |>  ##      \                ##   | *     |      *                   *       ##
  79. |>  ##        \              ##  L|*      |        *  <DEFLECTION>  *        ##
  80. |>  ##          \ <----------##  O|-------|------------------------*-----    ##
  81. |>  ##          /    LOAD    ##  A|       |          *            *          ##
  82. |>  ##        /              ##  D|       |            *         *           ##
  83. |>  ##      /                ##   |       |              *     *             ##
  84. |>  ## B  /                  ##   |       |                 *                ##
  85. |>  ##   @                   ##           |C               D|                ##
  86. |>  ########< FIG1 >##########################< FIG2 >#########################
  87. |> 
  88. |>    Please see FIG2.    [K] will be sigular on C & D
  89. |>                        [K] SHOULD be negative-definite from C to D
  90. |> 
  91. |>   HOWEVER, SOMEONE TELL ME THAT,  IF [K] IS NEGATIVE, THEN  -[K] SHOULD BE
  92. |>   POSITIVE!! SO THERE IS NO PROBLEM!!!!!!!
  93. |>   IS THIS CORRECT ???   IF YES(OR NO), CAN ANYONE PROVE IT???
  94. |> 
  95. |>   OR MAYBE [K] IS NOT NEGATIVE FROM C TO D. I HAVE PROVE IT TO BE NEGATIVE
  96. |>   , ALTHOUGH IT MAY BE WRONG.
  97. |> 
  98. |> 
  99. |>   THANK ALL OF YOU AGAIN !!
  100. |> 
  101.  
  102. The stiffness matrix for the physical problem you describe is not
  103. negative definite, but is indefinite.  This problem cannot be solved
  104. by traditional energy methods.  There are two approaches:
  105.  
  106. 1.  Recognize the an unstable structure does not have a static
  107. solution, so switch to a dynamic method.  The mass matrix then
  108. provides numeric stability for implicit methods.  Explicit methods do
  109. not require a positive definite stiffness matrix, so they can zip
  110. right through the instability.
  111.  
  112. 2.  Use the RIKS method (as in ABAQUS) to follow the load-deflection
  113. path.
  114.  
  115. -- 
  116. Bill Mills-Curran (curran@hks.com)
  117. Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Inc.    Tel: 401-727-4200
  118. 1080 Main St., Pawtucket, RI 02860    Fax: 401-727-4208
  119.