(有限元分析方法)有限元分析的基本步骤

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评论 2023-07-20 09:51:41 浏览
一、有限元分析步骤?

1、有限元分析步骤介绍如下、第一步、问题及求解域定义、根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。

2、第二步、求解域离散化、将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域,习惯上称为有限元网络划分。

3、显然单元越小(网格越细)则离散域的近似程度越好,计算结果也越精确,但计算量及误差都将增大,因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。

4、第三步、确定状态变量及控制方法、一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示,为适合有限元求解,通常将微分方程化为等价的泛函形式。

5、第四步、单元推导、对单元构造一个适合的近似解,即推导有限单元的列式,其中包括选择合理的单元坐标系,建立单元试函数,以某种方法给出单元各状态变量的离散关系,从而形成单元矩阵(结构力学中称刚度阵或柔度阵)。

6、为问题求解的收敛性,单元推导有许多原则要遵循。

7、对工程应用而言,重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。

8、例如,单元形状应以规则为好,畸形时不仅精度低,而且有缺秩的危险,将导致无法求解。

9、第五步、总装求解、将单元总装形成离散域的总矩阵方程(联合方程组),反映对近似求解域的离散域的要求,即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。

10、总装是在相邻单元结点进行,状态变量及其导数(可能的话)连续性建立在结点处。

11、第六步、联立方程组求解和结果解释、有限元法终导致联立方程组。

12、联立方程组的求解可用直接法、迭代法和随机法。

13、求解结果是单元结点处状态变量的近似值。

14、对于计算结果的质量,将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。

15、简言之,有限元分析可分成三个阶段,前置处理、计算求解和后置处理。

16、前置处理是建立有限元模型,完成单元网格划分。

17、后置处理则是采集处理分析结果,使用户能简便提取信息,了解计算结果。

二、有限元分析的基本流程

1、有限元分析的基本流程如下、第一步前处理。

2、根据实际问题定义求解模型,包括以下几个方面、定义问题的几何区域、根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。

3、定义单元类型。

4、定义单元的材料属性。

5、定义单元的几何属性,如长度、面积等。

6、定义单元的连通性、定义单元的基函数定义边界条件、定义载荷。

7、第二步总装求解、将单元总装成整个离散域的总矩阵方程(联合方程组)。

8、总装是在相邻单元结点进行。

9、状态变量及其导数(如果可能)连续性建立在结点处。

10、联立方程组的求解可用直接法、迭代法。

11、求解结果是单元结点处状态变量的近似值。

12、第三步后处理、对所求出的解根据有关准则进行分析和评价。

13、后处理使用户能简便提取信息,了解计算结果。

14、有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

15、它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解。

16、因为实际问题被较简单的问题所代替,所以这个解不是准确解,而是近似解。

17、由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。

三、有限元法求解问题的基本步骤介绍

1、结构离散化对整个结构进行离散化,将其分割成若干个单元,单元间彼此通过节点相连;。

2、求出各单元的刚度矩阵[K](e)[K](e)是由单元节点位移量{Φ}(e)求单元节点力向量{F}(e)的转移矩阵,其关系式为:{F}(e)= [K](e) {Φ}(e);。

3、集成总体刚度矩阵[K]并写出总体平衡方程总体刚度矩阵[K]是由整体节点位移向量{Φ}求整体节点力向量 的转移矩阵,其关系式为{F}= [K] {Φ},此即为总体平衡方程。。

4、引入支撑条件,求出各节点的位移节点的支撑条件有两种:一种是节点n沿某个方向的位移为零,另一种是节点n沿某个方向的位移为一给定值。。

5、求出各单元内的应力和应变对于有限元方法,其基本思路和解题步骤可归纳为7点。

6、建立积分方程,根据变分原理或方程余量与权函数正交化原理,建立与微分方程初边值问题等价的积分表达式,这是有限元法的出发点。。

7、区域单元剖分,根据求解区域的形状及实际问题的物理特点,将区域剖分为若干相互连接、不重叠的单元。区域单元划分是采用有限元方法的前期准备工作,这部分工作量比较大,除了给计算单元和节点进行编号和确定相互之间的关系之外,还要表示节点的位置坐标,同时还需要列出自然边界和本质边界的节点序号和相应的边界值。 。

8、确定单元基函数,根据单元中节点数目及对近似解精度的要求,选择满足一定插值条件的插值函数作为单元基函数。有限元方法中的基函数是在单元中选取的,由于各单元 具有规则的几何形状,在选取基函数时可遵循一定的法则。 。

9、单元分析:将各个单元中的求解函数用单元基函数的线性组合表达式进行逼近;再将近似函数代入积分方程,并对单元区域进行积分,可获得含有待定系数(即单元中各节点 的参数值)的代数方程组,称为单元有限元方程。 。

10、总体合成:在得出单元有限元方程之后,将区域中所有单元有限元方程按一定法则进行累加,形成总体有限元方程。 。

11、边界条件的处理:一般边界条件有三种形式,分为本质边界条件(狄里克雷边界条件 )、自然边界条件(黎曼边界条件)、混合边界条件(柯西边界条件)。对于自然边界条件,一般在积分表达式中可自动得到满足。对于本质边界条件和混合边界条件,需按一定法 则对总体有限元方程进行修正满足。 。

12、解有限元方程:根据边界条件修正的总体有限元方程组,是含所有待定未知量的封闭方程组,采用适当的数值计算方法求解,可求得各节点的函数值。。

13、  FELAC0采用自定义的有限元语言作为脚本代码语言,它可以使用户以一种类似于数学公式书写和推导的方式,自然和简单的表达待解问题的微分方程表达式和算法表达式,并由生成器解释产生完整的并行有限元计算C程序。。

14、  FELAC0的目标是通过输入微分方程表达式和算法之后,就可以得到所有有限元计算的程序代码,包含串行程序和并行程序。该系统采用一种语言(有限元语言)和四种技术(对象技术、组件技术、公式库技术生成器技术)开发而成。并且基于FELAC0的用户界面,新版本扩充了工作目录中右键编译功能、命令终端输入功能,并且丰富了文本编辑功能,改良了用户的视觉体验,方便用户快速便捷的对脚本或程序进行编辑、编译与调试。其中并行版在前后处理上进行了相应的改进。。

四、什么是有限元方法基本思想是什么基本步骤

1、结构离散化对整个结构进行离散化,将其分割成若干个单元,单元间彼此通过节点相连;。