有限单元法读书上机报告

发布 2019-07-18 18:42:37 阅读 3752

学习方法有限单元法。

有限元对许多工科的人而言有限元,其必要性和重要性不言而喻。有限单元法可以解决几乎所有的连续介质和场的问题。它是一门实践性很强的课程,要真正学会使用有限单元法甚至做开发,除了要掌握相关有限单元法程序设计的理论知识,还必须经过大量的实践训练动手动脑,掌握从理论分析过程变成程序编写的过程,才能培养出程序设计的思维能力,写出更精简而且功能更加完善的程序语句。

难点在于如何将数学逻辑语言和算法语言转化为程序语言。

上机实验熟悉开发环境包括启动microft visual c++ 6.0 、菜单功能、工具栏功能。具体的就是建立项目(projiect)、新建文件、在文件中输入程序等操作,掌握程序设计的编写编译、调试和程序运行的过程。

实验上机课前最好用word将主程序和执行特定功能的子程序程序编好。然后在上机实验课时对程序设计习题或例题进行调试运行,并尝试做不同的修改,耐心细心的修改每一处错误指导程序运行无误。碰到自己无法解决的疑问和同学或老师一起**,这样就节省课上大量的编程时间。

课前预习、课堂笔记、课后习题和练习深入学习和领会程序设计思想查阅相关的书籍、浏览网页、做试卷、**课件和**、旁听课程巩固强化复习。

程序设计过程2.2节ppt778个。

有限单元法的特点:

概念清楚,容易理解。②适应性强应用范围广。③采用矩阵形式表达便于编制计算机程序可以补充计算机资源,通用程序可直接套用,用计算机求解。④可以模拟各种几何形状复杂的结构。

有限单元法计算软件包括前处理、分析计算(求解器)、后处理。

预备知识数学:线性代数、矩阵论、数值分析。

力学:材料力学、结构力学、弹性力学(基本知识基本量、平衡微分方程(内力与体力的关系)、几何方程(应变与位移的关系)、物理方程(应变与应力的关系)、边界条件、能量原理(虚位移原理、极小势能原理)的矩阵表示。)

计算机:软件应用、编程(fortran、c、c++、c#等)。

工程技术领域两类问题:第一类,可归纳为有限个已知单元体的组合即离散系统,然后依靠计算机求解。第二类,可建立应遵循的基本方程,即微分方程和相应的边界条件,可称之为连续系统或场问题。

理论课。基本思想:化整为零→集零为整。

解题步骤:程序设计的一般步骤为:①提出问题,拟定解决方案;②构造数学模型;③画出程序流程图;④用选定的算法语言编写程序;⑤编译调试程序;⑥试算验证程序。

有限单元法的分析过程包括结构物的离散、单元分析、整体分析三步。

有限元求解步骤:↓↑

编码建立局部和整体坐标系刚度集成。

建立离散化计算模型→单元分析→形成总体方程→解方程。

数值积分)代数方程求解)

二维↑(组装总刚度矩阵)↓

三维基本原理(组装荷载矩阵)输出结果(图形或文本)

二阶(变分原理分片差值)↑

四阶约束条件处理。

杆系。组合体。

梁弯曲。板弯曲。

结构离散化:单元划分→结点编码→坐标建立→数据信息。

单元类型选择(形状)最优化结点编码合适的坐标系(直角柱球坐标)

杆单元。梁单元。

三角形、四边形、

四面体、六面体等结点坐标、结点支撑信息、单元材料信息、截面几何参数、单元荷载信息、结点荷载信息。

单元分析(结点位移与结点力的关系):对于杆系结构,建立杆端力与杆端位移间的刚度方程,形成单元刚度矩阵。

单元分析过程:单元位移模式→单元特性分析→单元荷载分析。

形函数单元刚度矩阵等效荷载矩阵。

整体分析(结点位移与结点力的关系):由变形条件和平衡条件,建立结点力系与结点位移间的刚度方程,形成整体刚度矩阵。

整体分析过程:单元刚度矩阵→整体刚度矩阵。

坐标变化。单元荷载列阵→整体荷载列阵。

单元刚度矩阵集成整体刚度矩阵通常采用刚度集成法。计算过程分两步:

求出各单元的贡献矩阵,然后叠加起来形成整体刚度矩阵。

利用各单元的定位数组,采用“边定位,边累加”的方法。

杆系结构有限单元法。

拆分组装。结构→杆件→结构。

整体分析(先处理法后处理法)

局部坐标→整体坐标。

第一步对结构物进行离散划分为有限个单元;第二步,对结点和单元进行编码;第三步,建立坐标系(整体坐标系和单元局部坐标系);第四步,准备和整理已知的参数(单元截面积a、单元长度l、单元弹性模量e、单元剪切模量g、单元惯性矩i、泊松比u、单元厚度h 等);第五步,利用虚位移原理或极小势能原理进行单元分析,即建立含单元结点荷载列阵fe和等效结点荷载矩阵fe和结点位移列阵的单元刚度方程,再求解形成局部坐标系中的单元刚度矩阵ke,该矩阵中各元素称为刚度系数;第六步,整体分析,求出每个单元坐标转换矩阵即得两种坐标系下的转换关系,计算整体坐标系下的单元刚度矩阵。将单元贡献矩阵ke按照各单元定位数组m(单元定位数组me:将单元e的结点位移编码按照结点顺序排成一行形成的一个一维数组。

如果为平面三角形单元则先排单元第一个结点ix方向y方向位移码,再排第二个结点j位移码,依次类推)相叠加形成整体刚度矩阵k(方法:把单元杆端位移分量(局部码)所对应的结构结点位移向量的序号(整体位移码)组成一向量,它成为单元的定位向量。利用单元定位向量可以完全确定单元刚度矩阵的每个元素在结构(原始)刚度矩阵中的行码和列码),再求得整体坐标下各单元等效结点。

荷载矩阵f和结点荷载矩阵f相加得到整体坐标系下总的结点荷载矩阵f,即可得到以结点位移为未知量的整体刚度方程;第七步,根据已知的位移边界条件,引入边界条件消除总体刚度矩阵的奇异性,使问题具有解的唯一性;第八步,求解方程组,得出结点的位移向量也就得到结构的整体节点位移矩阵,并进一步计算各单元的位移、应力、应变、支座反力等物理量;第九步,对计算结果惊醒整理、分析,用**、图形表示出所需的位移曲线图、弯矩图、剪力图、轴力图、及应力应变图,更复杂一点的程序可以将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来。

实验课编程步骤c语言。

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