理论教育 有限元分析基础教程-有限元分析基础与应用教程

有限元分析基础教程-有限元分析基础与应用教程

时间:2023-11-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:有限元分析的基本步骤如下。在进行有限元分析时,很难把研究对象的所有细节都包括进来,有时是因为缺乏实验观测数据,有时是需要缩小计算规模,因此需要对研究对象进行不同程度的简化。将研究对象分割成有限数量的单元 研究者很难从整体上分析对象系统,需要把对象系统分解成有限数量的、形式相同的、相对简单的分区或组成部分,这个过程也称为离散化。

有限元分析基础教程-有限元分析基础与应用教程

数值模拟的主要工作内容包括:①建立研究对象的数学模型;②选择可靠的数值算法;③分析计算结果。有限元分析的基本步骤如下。

(1)建立研究对象的近似模型 在进行数值计算之前,需要建立研究对象的模型。建模过程主要依靠基础实验或者观测的结果,需要大量学科领域知识。在进行有限元分析时,很难把研究对象的所有细节都包括进来,有时是因为缺乏实验观测数据,有时是需要缩小计算规模,因此需要对研究对象进行不同程度的简化。通常在研究对象的几何形状、材料特性和边界条件这三个方面做适当的简化。

(2)将研究对象分割成有限数量的单元 研究者很难从整体上分析对象系统,需要把对象系统分解成有限数量的、形式相同的、相对简单的分区或组成部分,这个过程也称为离散化。每个分区是一个基本单元,把空间连续的问题转化成由一些基本单元组成的离散问题。

(3)用标准方法对每个单元提出一个近似解 研究者能够比较容易地分析基本单元的行为,提出求解基本单元的方法。提出适用于所有单元的标准求解方法,就可以编制计算机程序求解所有的单元。(www.daowen.com)

(4)将所有单元按标准方法组合成一个与原有系统近似的系统 将基本单元组装成一个近似系统,在几何形状和性能特征方面可以近似地代表研究对象。通过分析近似系统,可以了解研究对象的性能特征。找到某种标准的组装方法,就可以用计算机程序组装数目巨大的单元。

(5)用数值方法求解这个近似系统 离散化之后,就不需要再求解复杂的偏微分方程组,而转换为求解线性方程组数学家提出了许多求解大规模线性方程组的数值算法。

(6)计算结果处理与结果验证 由数值计算可以得到大量的数据,如何显示、分析数据并找到有用的结论是人们一直关系的问题。目前,商用有限元软件都具有后处理功能,可以实现数据的图形化显示,如显示物体的变形、温度场分布等,使得计算结果变得更加直观。也可以使用一些专用的数据可视化工具来处理计算结果。如何判定计算结果是否正确,是有限单元法应用中的关键问题。可以采用与实验或观测数据对比、与简化模型对比或与理论计算结果对比,研究者的领域知识也有助于正确理解计算结果。

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