理论教育 有限元分析的数学基础解析

有限元分析的数学基础解析

时间:2023-11-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:当有限单元法成功地应用于求解弹性力学平面问题之后,下一步要解决的问题就是:这能否把这种方法应用于求解其他连续介质问题。1965年O·C·Zienkiewicz和Y·K·Cheung(张佑启)发现能写成变分形式的所有场问题,都可以用与固体力学有限单元法的相同步骤求解。“20世纪60年代初期,冯康等人在大型水坝应力计算的基础上,独立于西方创造了有限元方法并最早奠定其理论基础”。

有限元分析的数学基础解析

当有限单元法成功地应用于求解弹性力学平面问题之后,下一步要解决的问题就是:这能否把这种方法应用于求解其他连续介质问题。在寻找连续介质问题近似算法的时候,数学家们发展了微分方程的近似解法,包括有限差分方法,变分原理和加权余量法。这些方法与有限单元法之间有何关联?

1954到1955年之间,J·H·Argyris在航空工程杂志上发表了一组能量原理和结构分析论文,证明所有结构分析方法可以归结为位移法(以结点位移为基本未知量)或力法(以结点力为基本未知量)。在1963年前后,经过J·F·Besseling、R·J·Melosh、R·E·Jones、R·H·Gallaher、T·H·H·Pian等许多人的工作,逐步认识到有限单元法就是变分原理中Ritz近似法的一种变形,推导出了由各种不同变分原理导出的有限元计算公式。1965年O·C·Zienkiewicz(英国斯西大学士土木系教授)和Y·K·Cheung(张佑启)发现能写成变分形式的所有场问题,都可以用与固体力学有限单元法的相同步骤求解。1969年,B·A·Szabo和G·C·Lee指出可以用加权余量法特别是Galerkin法,导出标准的有限元方程式来求解非结构分析问题。(www.daowen.com)

我国的力学工作者为有限元方法的初期发展做出了许多贡献,其中比较著名的学者有:陈伯屏(矩阵位移方法),钱令希(余能原理),钱伟长(广义变分原理),胡海昌(广义变分原理),冯康(有限单元法理论)。其中冯康的工作更接近Clough的工作。“20世纪60年代初期,冯康等人在大型水坝应力计算的基础上,独立于西方创造了有限元方法并最早奠定其理论基础”(《数学辞海》第四卷)。

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