(完整版)有限元大作业matlab---课程设计例子
有限元法MATLAB作业
例题：如图所示的受力均匀分布载荷作用的薄平板结构，将平板离散成两个线性三角元，如图所示，假定2210,0.3,0.025,3000/m E GPa v t m w KN ====。
求 （1）该结构的整体刚度矩阵。
（2）节点2和节点3的水平位移和垂直位移。
（3）节点1和节点4的支反力。
（4）每个单元的应力。
（5）每个单元的主应力和主应力方向角。
图2. 用双线性三角元离散化的薄木板 解：（1）离散化域我们将平板分为两个单元，4个节点，如图2所示，分布载荷的总作用力平均分给节点2和节点3，由于结构是薄平板，所以假定其属于平面应力情况。
MATLAB 中采用的计算单位是KN 和m 。
表1给出了该题的单元连通性。
（2）单元刚度矩阵通过调用MATLAB 的LinearTriangleElementStiffness 函数，得到两个单元矩阵k 1和k 2，每个矩阵都是66⨯的。
k1=gangdujuzhen(@LinearTriangleElementStiffness, 210000000, 0.3, 0.025, 0, 0, 0.5, 0.25, 0, 0.25, 1)的源程序：function k1= gangdujuzhen( f,E,NU,t,xi,yi,xj,yj,xm,ym,p ) %UNTITLED4 此处显示有关此函数的摘要% 此处显示详细说明k1=gangdujuzhen(@LinearTriangleElementStiffness, 210000000, 0.3, 0.025, 0, 0, 0.5, 0.25, 0, 0.25, 1)图1. 薄平板结构k1= f(E,NU,t,xi,yi,xj,yj,xm,ym,p);>>k1=gangdujuzhen(@LinearTriangleElementStiffness, 210000000, 0.3, 0.025, 0, 0, 0.5, 0.25, 0, 0.25, 1)k1 =1.0e+06 *2.0192 0 0 -1.0096 -2.0192 1.00960 5.7692 -0.8654 0 0.8654 -5.76920 -0.8654 1.4423 0 -1.4423 0.8654-1.0096 0 0 0.5048 1.0096 -0.5048-2.0192 0.8654 -1.4423 1.0096 3.4615 -1.87501.0096 -5.7692 0.8654 -0.5048 -1.8750 6.2740k2=gangdujuzhen2(@LinearTriangleElementStiffness, 210000000, 0.3, 0.025, 0, 0, 0.5, 0, 0.5, 0.25, 1)的源程序：function k2= gangdujuzhen2( f,E,NU,t,xi,yi,xj,yj,xm,ym,p )%UNTITLED3 此处显示有关此函数的摘要% 此处显示详细说明k2=gangdujuzhen2(@LinearTriangleElementStiffness, 210000000, 0.3, 0.025, 0, 0, 0.5, 0, 0.5, 0.25, 1)k2= f(E,NU,t,xi,yi,xj,yj,xm,ym,p);>>k2=gangdujuzhen2(@LinearTriangleElementStiffness, 210000000, 0.3, 0.025, 0, 0, 0.5, 0, 0.5, 0.25, 1)k2 =1.0e+06 *1.4423 0 -1.4423 0.8654 0 -0.86540 0.5048 1.0096 -0.5048 -1.0096 0-1.4423 1.0096 3.4615 -1.8750 -2.0192 0.86540.8654 -0.5048 -1.8750 6.2740 1.0096 -5.76920 -1.0096 -2.0192 1.0096 2.0192 0-0.8654 0 0.8654 -5.7692 0 5.7692（3）集成整体刚度矩阵⨯的，因此为了得到整体刚度矩阵K，我们由于结构有4个节点，所以刚度矩阵是88⨯的零矩阵。
有限元matlab仿真
有限元matlab仿真最近写有有限元作业，用matlab实现了整个的过程，顺便熟悉一下有限元的整体解题思路，感觉这确实是一种很好方法。
下面对书上的一道题做仿真吧，最后结果如下。
题目：如图所示薄板忽略自重，在力F的作用下，求各节点位移和各单元应力，已知假定该问题为平面应力问题。
这是一个正方形的薄板，上面两个顶点处被吊起来，在中心处受到一个向下的力。
现分成四个单元（下面的两个顶点编号为1,2，上面个两个为3,4，中间的5）执行程序得到如下结果1节点的位移:（u，v） = （-1.42857e-006, -7.14286e-006）2节点的位移:（u，v） = （1.42857e-006, -7.14286e-006）3节点的位移:（u，v） = （0, 0）4节点的位移:（u，v） = （0, 0）5节点的位移:（u，v） = （0, -8.57143e-006）第1单元:应力为（750000，3.75e+006，-2.25e+006）应变为（3.57143e-006，1.78571e-005，-2.14286e-005）第2单元:应力为（1.5e+006，-1.5e+006，6.98492e-010）应变为（7.14286e-006，-7.14286e-006，1.01644e-020）第3单元:应力为（750000，3.75e+006，2.25e+006）应变为（3.57143e-006，1.78571e-005，2.14286e-005）第4单元:应力为（0，9e+006，0）应变为（0，4.28571e-005，0）还可以实现各顶点移动的动画图，本来想做个gif，但发现getframe截不了屏，郁闷只能在这贴几张图了这个是不是就是ANSYS的有限元分析啊！代码部分如下，显示动画的代码麻烦点，就不贴了，从代码也可以看到，好的数据结构的重要性：main.m文件：clcclear allclose all% 数据choise = 1;switch choisecase 1% 作业第3题verts = [0 0;2 0;2 2;0 2;1 1;]*0.2;eleindex = [1 5 4;2 5 1;3 5 2;4 5 3];vertdisind = [1 1 1 1 0 0 0 0 0 1]'; R = [0 0 0 0 0 0 0 0 0 -30000]'; case 2% 书上例题verts = [0 2;0 1;1 1;0 0;1 0;2 0];eleindex = [5 2 4;6 3 5;2 5 3;3 1 2];endfigurepatch('Faces', eleindex, 'Vertices', verts, 'FaceColor', 'r'); % 绘制数据axis equalaxis off% 构造FEMhFEM.vertcount = size(verts, 1);hFEM.verts = verts;hFEM.elecount = size(eleindex, 1);hFEM.eleindex = eleindex;hFEM.mu = 0;hFEM.E = 210e9;hFEM.t = 0.01;hFEM = FEM(hFEM);% 求解有限元方程得各节点位移hFEM = FEMSolve(hFEM, vertdisind, R);for k = 1:hFEM.vertcountfprintf('%d节点的位移:（u，v）= （%g, %g）\n', k, hFEM.vertdis([2*k-1, 2*k]));end% 求各单元应力、应变for k = 1:hFEM.elecountind(1:2:5) = 2*hFEM.eleindex(k, :)-1;ind(2:2:6) = 2*hFEM.eleindex(k, :);stress = hFEM.eletruct(k).S * hFEM.vertdis(ind);strain = hFEM.eletruct(k).B * hFEM.vertdis(ind);fprintf('第%d单元:\n应力为（%g，%g，%g）\n', k, stress);fprintf('应变为（%g，%g，%g）\n', strain);endFEM.m文件：% 计算FEM分析的各种矩阵function hFEM = FEM(hFEM)% 处理每个单元for i = 1:hFEM.elecounthFEM.eletruct(i) = FEMele(hFEM, i);end% 计算合成刚度矩阵hFEM.K = FEMCalcCombiningK(hFEM);endfunction hFEMele = FEMele(hFEM, ind) hFEMele.ele = hFEM.verts(hFEM.eleindex(ind, :), :); hFEMele.B = FEMCalcB(hFEMele);hFEMele.D = FEMCalcD(hFEM);hFEMele.S = FEMCalcS(hFEMele);hFEMele.K = FEMCalcK(hFEM, hFEMele);end% 计算几何矩阵function B = FEMCalcB(hFEMele)ele = hFEMele.ele;A(:, 2:3) = ele;A(:, 1) = 1;invA = inv(A);B(1, 1:2:5) = invA(2, :);B(2, 2:2:6) = invA(3, :);B(3, 1:2:5) = invA(3, :);B(3, 2:2:6) = invA(2, :);end% 计算应力矩阵function D = FEMCalcD(hFEM)mu = hFEM.mu;E = hFEM.E;D = [1 mu 0;mu 1 0;0 0 (1-mu)/2]*E/(1-mu^2);end% 计算应力变换矩阵function S = FEMCalcS(hFEMele)S = hFEMele.D*hFEMele.B;end% 计算单元刚度矩阵function K = FEMCalcK(hFEM, hFEMele)triarea = CalcTriangleArea(hFEMele.ele);K = hFEM.t*triarea*hFEMele.B'*hFEMele.D*hFEMele.B; end% 计算三角形面积function area = CalcTriangleArea(ele)A(:, 2:3) = ele;A(:, 1) = 1;area = 0.5*det(A);end% 计算合成矩阵function K = FEMCalcCombiningK(hFEM) vertcount = hFEM.vertcount;elecount = hFEM.elecount;eleindex = hFEM.eleindex;eleK = zeros(6, 6, elecount);for k = 1:elecounteleK(:, :, k) = hFEM.eletruct(k).K;endK = zeros(vertcount*2);for i = 1:vertcountfor j = 1:vertcountfor k = 1:elecountindi = find(eleindex(k, :)==i);indj = find(eleindex(k, :)==j);if ~isempty(indi) && ~isempty(indj)K(2*i-1:2*i, 2*j-1:2*j) = K(2*i-1:2*i, 2*j-1:2*j) + eleK(2*indi-1:2*indi, 2*indj-1:2*indj, k);endendendendendFEMSolve.m文件：% 求解有限元方程function hFEM = FEMSolve(hFEM, vertdisind, R)K = hFEM.K;hFEM.vertdis = SolveFEM(vertdisind, R, K);for i = 1:hFEM.elecounthFEM.eletruct(i).vertdis(1:2:5) = hFEM.vertdis(2*hFEM.eleindex(i, :) - 1); % uhFEM.eletruct(i).vertdis(2:2:6) = hFEM.vertdis(2*hFEM.eleindex(i, :)); % vendendfunction vertdis = SolveFEM(vertdisind, R, K)vertdis = vertdisind;ind = find(vertdisind ~= 0);Krule = K(ind, ind); Rrule = R(ind);vertdis(ind) = Krule\Rrule; end。
MATLAB有限元分析与应用精选全文完整版
%SpringElementForces This function returns the element nodal force
%
vector given the element stiffness matrix k
%
and the element nodal displacement vector u.
2019/11/28
§2-1 弹簧元
u1=U(1:2); f1=SpringElementForces(k1,u1);
f1 = -15.0000 15.0000
u2=U(2:3); f2=SpringElementForces(k2,u2);
f2 = -15.0000 15.0000
12
§3-1 弹簧元
%
modulus of elasticity E, cross-sectional
%
area A, and length L. The size of the
%
element stiffness matrix is 2 x 2.
y = [E*A/L -E*A/L ; -E*A/L E*A/L];
2019/11/28
3.1 单元刚度矩阵的形成
function y = SpringElementStiffness(k)
%SpringElementStiffness This function returns the element stiffness %matrix for a spring with stiffness k. %The size of the element stiffness matrix is 2 x 2.
Matlab 有限元法计算分析程序编写
6) M函数文件 与命令文件不同，函数文件从外界只能看到传给它的输入 量和送出来的计算结果，而内部运作是看不见的。它的特 点是 (1)从形式上看，与命令文件不同，函数文件的第一行总是以 “function”引导的“函数申明行”。 (2)从运行上看，与命令文件运行不同，每当函数文件运行， MATLAB就会专门为它开辟临时工作空间，所有中间变量 都存放在函数工作空间中，当执行完文件最后一条指令和 遇到return时，就结束该函数文件的执行，同时该临时函数 工作空间及其所有的中间变量立即被清除。 (3)对于函数文件中的变量，如果不作特别说明，默认为临时 局部变量，这些临时变量就存放在函数的临时工作空间中， 当函数结束时他们被立即清除。与之相对应的是全局变量， 他们是通过global指令进行特别申明，这些全局变量可被几 个不同的函数共享。 • 函数文件的编辑也可用MATLAB editor/debugger。
有限元法计算分析程序编写
结构参数输入，包括
1）节点坐标值 2）单元类型以及连接信息 3）各单元的弹性模量、截面积（厚度）等 4）荷载形式以及作用位置、作用方向、荷载值 5）约束条件 6）输出信息
m j
对节点和单元分别编号 每个节点的自由度根据 节点号计算得到
i
y
o
x
计算结构的刚度矩阵
对各单元作如下的计算 a)计算单元刚度矩阵 b)计算坐标转换矩阵（如果需要） c)作坐标转换计算（如果需要） d)按自由度顺序叠加到总刚度矩阵中
MATLAB的使用方法
1) 最简单的计算器使用法 求[12＋2×(7－4)]÷32的算术运算结果 （1）用键盘在MATLAB指令窗中输入一下内容 (12+2*(7-4))/3^2 （2）在上述表达式输入完成后，按【Enter】键，该指令被执行 （3）在指令执行后，MATLAB指令窗中将显示一下内容 ans = 2 [说明] 加 + 减 乘 * 除 / 或 \ (这两个符号对于数组有不同的含义) 幂 ^ “ans”是answer的缩写，其含义是运算答案，它是MATLAB的一个默 认变量
《有限元基础教程》_【MATLAB算例】4.8.1(1) 基于4节点四面体单元的空间块体分析(Tetrahedron3D4Node)
【MATLAB 算例】4.8.1(1) 基于4节点四面体单元的空间块体分析(Tetrahedron3D4Node)如图4-22所示的一个块体，在右端面上端点受集中力F 作用。
基于MATLAB 平台，计算各个节点位移、支反力以及单元的应力。
取相关参数为：10110Pa,=0.25E μ=⨯，5=110N F ⨯。
图4-22 一个空间块体的分析解答：对该问题进行有限元分析的过程如下。
（1）结构的离散化与编号将结构离散为5个4节点四面体单元，单元编号及节点编号和坐标如图4-22所示，连接关系见表4-8，节点的坐标见表4-9。
表4-8 单元连接关系单元号 节点号 1 2 3 4 51 42 6 1 43 7 6 7 5 1 6 7 84 1 4 6 7表4-9 节点的坐标节点节点坐标/mxyz 1 2 3 4 5 6 7 80 0 0 0.2 0 0 0 0.8 0 0.2 0.8 0 0 0 0.6 0.2 0 0.6 0 0.8 0.6 0.20.80.6节点位移列阵[]111222888 Tu v w u v w u v w =q (4-190)节点外载列阵34780 0 0 0 TT T T T⎡⎤=⎣⎦F F F F F(4-191)其中34785000 00110N ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥====⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⨯⎣⎦⎣⎦F F F F约束的支反力列阵12560000TTT T T ⎡⎤=⎣⎦R R R R R（4-192其中1256112255661256 x x x x y y y y z z z z R R R R R R R R R R R R ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥====⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦R R R R总的节点载荷列阵12345678 TT T T T T T T T⎡⎤=+==⎣⎦P F R R R R F F R R F F (4-193)（2）计算各单元的刚度矩阵(以国际标准单位)首先在MA TLAB 环境下，输入弹性模量E 、泊松比NU ，然后针对单元1和单元2，分别5次调用函数Tetrahedron3D4Node_Stiffness ，就可以得到单元的刚度矩阵k1(6×6) ～ k5(6×6)。
Matlab有限元分析操作基础
Matlab有限元分析操作基础Matlab 有限元分析20140226为了用Matlab 进行有限元分析，首先要学会Matlab 基本操作，还要学会使用Matlab 进行有限元分析的基本操作。
1. 复习：上节课分析了弹簧系统x 推导了系统刚度矩阵1122121200k k k k k k k k ----+??2. Matlab有限元分析的基本操作（1）单元划分（选择何种单元，分成多少个单元，标号）（2）构造单元刚度矩阵（列出…）（3）组装系统刚度矩阵（集成整体刚度矩阵）（4）引入边界条件（消除冗余方程）（5）解方程（6）后处理（扩展计算）3. Matlab有限元分析实战【实例1】分析：步骤一：单元划分步骤二：构造单元刚度矩阵>>k1=SpringElementStiffness(100) >>…?步骤三：构造系统刚度矩阵a) 分析SpringAssemble库函数function y = SpringAssemble(K,k,i,j)% This function assembles the element stiffness% matrix k of the spring with nodes i and j into the % global stiffness matrix K.% function returns the global stiffness matrix K% after the element stiffness matrix k is assembled. K(i,i) = K(i,i) + k(1,1);K(i,j) = K(i,j) + k(1,2);K(j,i) = K(j,i) + k(2,1);K(j,j) = K(j,j) + k(2,2);y = K;b) K是多大矩阵？今天的系统刚度矩阵是什么？因为11221212k kk kk k k k----+所以10001000200200 100200300----c) K=SpringAssemble(K,k1,1,2) function y = SpringAssemble(K,k,i,j) K(i,i) = K(i,i) + k(1,1);K(i,j) = K(i,j) + k(1,2);K(j,i) = K(j,i) + k(2,1);K(j,j) = K(j,j) + k(2,2); 1100100100100k -??=??-??10010001001000000K -??=-??K=SpringAssemble(K,k2,2,3) 1200200200200k -??10010001003002000200200K -??=---??1001000100010010030020002002000200200100200300----≠----步骤四：引入边界条件，消除冗余方程>>k=K(2:3,2:3)%构造不含冗余的方程>>f=[0;15]%构造外力列阵步骤五：解方程引例：已知1212u 31u u u +=??-=?，求 12u u 和解：类似求解KU=F ，输入下列Matlab 命令：>> K=[1 1;1,-1]>> F=[3;1]>> U=inv(K)*F>> U=K \F（继续弹簧系统求解）>>u=k \f %使用高斯消去法求解>>U=[0 ; u]%构造原方程组>>F=K*U %求出所有外力，含多余计算步骤六：后处理、扩展计算>>u1=[0;U(2)]%构造单元位移>>f1=SpringElementForces(k1,u1)%求单元1内力>>u2=[U(2) ; U(3)]%构造单元2位移>>f2=SpringElementForces(k2,u2)%求单元2内力4. 总结clck1=SpringElementStiffness(100)%创建单元刚度矩阵 1 k2=SpringElementStiffness(200)%创建单元刚度矩阵 2 K=zeros(3,3)%创建空白整体刚度矩阵K=SpringAssemble(K,k1,1,2)%按节点装入单元矩阵 1 K=SpringAssemble(K,k2,2,3)%按节点装入单元矩阵2 k=K(2:3,2:3)%构造不含冗余的方程f=[0;15]%构造外力列阵u=k\f%使用高斯消去法求解U=[0 ; u]%构造系统节点位移列阵F=K*U%求出所有外力，含多余计算u1=[0;U(2)]%构造单元位移f1=SpringElementForces(k1,u1)%求单元1内力u2=[U(2) ; U(3)]%构造单元2位移f2=SpringElementForces(k2,u2)%求单元2内力5. 练习1 Danyi 132 dan 34 3dan 35 4dan 35 dan5 54 dan6 42。
有限元的matlab编程
end
精品..
正放四角锥网架定义
if e==1
定义网架上层节点
hu=input('输入网架上层节点行数'); %定义网架上层节点的行数 lu=input('输入网架上层节点列数'); %定义网架上层节点的列数
dis_xu=input('输入网架上层节点列间距'); %定义网架上层的行间距 dis_yu=input('输入网架上层节点行间距'); %定义网架上层的列间距
Element=zeros(21,2); for i=1:2:7
Element(5/2*i-3/2,:)=[i,i+1]; Element(5/2*i-1/2,:)=[i,i+2]; Element(5/2*i+1/2,:)=[i,i+3]; end for i=2:2:8 Element(5*i/2-1,:)=[i,i+1]; Element(5*i/2,:)=[i,i+2]; end Element(21,:)=[9,10];
end
荷载及边界条件
P=input(‘定义节点荷载，按[node1 P1;node2 P2;...]输入’); %网架荷载输入
BC=input(‘定义边界约束，按[node1 Conx Cony Conz;node2 Conx Cony Conz);...]输 入,Con代表x、y、z方向约束，取0为约束，取1无约束’); %网架边界条件
精品..
单元属性相同
if Cont1==0 AE1=input('请输入统一的截面面积与弹性模量，按[A E]输入');
AE=zeros(Msum,3);
matlab有限元分析实例
1.物理现象：这个对工程师来说是直观的物理现象和物理量，温度多少度，载荷是多大等等。
通常来说，用户界面中呈现的、用户对工程问题进行设置时输入的都是此类信息。
2.数学方程：将物理现象翻译成相应的数学方程，例如流体对应的是NS方程，传热对应的是传热方程等等；大部分描述这些现象的方程在空间上都是偏微分方程，偶尔也有ODE（如粒子轨迹、化学反应等）。
在这个层面，软件把物理现象“翻译”为以解析式表示的数学模型。
3.数值模型：在定义了数学模型，并执行了网格剖分后，商业软件会将数学模型离散化，利用有限元方法、边界元法、有限差分法、不连续伽辽金法等方法生成数值模型。
软件会组装并计算方程组雅可比矩阵，并利用求解器求解方程组。
这个层面的计算通常是隐藏在后台的，用户只能通过一些求解器的参数来干预求解。
有限元是一种数值求解偏微分方程的方法。
基本过程大致是设置形函数，离散，形成求解矩阵，数值解矩阵，后处理之类的。
MATLAB要把这些过程均自己实现，不过在数值求解矩阵时可以调用已有函数。
可以理解为MATLAB是一个通用的计算器，当然它的功能远不止如此。
而ANSYS之类的叫做通用有限元软件，针对不同行业已经将上述过程封装，前后处理也比较漂亮，甚至不太了解有限元理论的人也能算些简单的东西，当然结果可靠性又另说了。
比较两者，ANSYS之类的用起来容易得多，但灵活性不如MATLAB。
MATLAB用起来很困难，也有人做了一些模块，但大多数只能解决一些相对简单的问题。
对于大多数工程问题，以及某些领域的物理问题，一般都用通用有限元软件，这些软件还能添加一些函数块，用以解决一些需要额外设置的东西。
但是对于非常特殊的问题，以及一般性方程的有限元解，那只能用MATLAB或C，Fortran之类的了。
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有限元大作业程序设计学校：天津大学院系：建筑工程与力学学院专业：01级工程力学姓名：刘秀学号：\\\\\\\\\\\指导老师：连续体平面问题的有限元程序分析[题目]：如图所示的正方形薄板四周受均匀载荷的作用，该结构在边界上受正向分布压力，m kNp 1=，同时在沿对角线y 轴上受一对集中压力，载荷为2KN ，若取板厚1=t ，泊松比0=v 。
[分析过程]：由于连续平板的对称性，只需要取其在第一象限的四分之一部分参加分析，然后人为作出一些辅助线将平板“分割”成若干部分，再为每个部分选择分析单元。
采用将此模型化分为4个全等的直角三角型单元。
利用其对称性，四分之一部分的边界约束，载荷可等效如图所示。
[程序原理及实现]：用FORTRAN程序的实现。
由节点信息文件NODE.IN和单元信息文件ELEMENT.IN，经过计算分析后输出一个一般性的文件DATA.OUT。
模型基本信息由文件为BASIC.IN生成。
该程序的特点如下：问题类型：可用于计算弹性力学平面问题和平面应变问题单元类型：采用常应变三角形单元位移模式：用用线性位移模式载荷类型：节点载荷，非节点载荷应先换算为等效节点载荷材料性质：弹性体由单一的均匀材料组成约束方式：为“0”位移固定约束，为保证无刚体位移，弹性体至少应有对三个自由度的独立约束方程求解：针对半带宽刚度方程的Gauss消元法输入文件：由手工生成节点信息文件NODE.IN，和单元信息文件ELEMENT.IN结果文件：输出一般的结果文件DATA.OUT程序的原理如框图：（1）主要变量：ID：问题类型码，ID＝1时为平面应力问题，ID=2时为平面应变问题N_NODE：节点个数N_LOAD：节点载荷个数N_DOF：自由度，N_DOF=N_NODE*2（平面问题）N_ELE：单元个数N_BAND：矩阵半带宽N_BC：有约束的节点个数PE：弹性模量PR：泊松比PT：厚度LJK_ELE(I,3)：单元节点编号数组，LJK_ELE(I,1)，LJK_ELE(I,2)，LJK_ELE(I,3)分别放单元I的三个节点的整体编号X(N_NODE), Y(N_NODE)：节点坐标数组，X(I),Y(I)分别存放节点I的x，y 坐标值P_LJK(N_BC,3)：节点载荷数组，P_LJK(I,1)表示第I个作用有节点载荷的节点的编号，P_LJK(I,2)，P_LJK(I,3)分别为该节点沿x,y方向的节点载荷数值AK(N_DOF,N_BAND)：整体刚度矩阵AKE(6,6)：单元刚度矩阵BB(3,6)：位移……应变转换矩阵（三节点单元的几何矩阵）DD(3,3)：弹性矩阵SS(3,6)；应力矩阵RESULT_N(N_NOF)：节点载荷数组，存放节点载荷向量，解方程后该矩阵存放节点位移DISP_E(6):：单元的节点位移向量STS_ELE(N_ELE,3)：单元的应力分量STS_ND(N_NODE,3)：节点的应力分量（2）子程序说明：READ_IN：读入数据BAND_K：形成半带宽的整体刚度矩阵FORM_KE：计算单元刚度矩阵FORM_P：计算节点载荷CAL_AREA：计算单元面积DO_BC：处理边界条件CLA_DD：计算单元弹性矩阵SOLVE：计算节点位移CLA_BB：计算单元位移……应变关系矩阵CAL_STS：计算单元和节点应力（3）文件管理：源程序文件：chengxu.for程序需读入的数据文件：BASIC.IN，NODE.IN，ELEMENT.IN（需要手工生成）程序输出的数据文件：DATA.OUT（4）数据文件格式：需读入的模型基本信息文件BASIC.IN的格式如下表需读入的节点信息文件NODE.IN的格式如下表需读入的单元信息文件ELEMENT.IN的格式如下表输出结果文件DATA.OUT格式如下表[算例原始数据和程序分析]：（1）模型基本信息文件BASIC.IN的数据为1,4,6,5,31.,0.,1.1,1,0,2,1,0,4,1,1,5,0,1,6,0,11,-0.5,-1.5,3.,-1.,-1,6,-0.5,-0.5（2）手工准备的节点信息文件NODE.IN的数据为1 0.0 2.02 0.0 1.03 1.0 1.04 0. 0.5 1.0 0.6 2.0 0.（3）手工准备的单元信息文件ELEMENT.IN的数据为1 2 3 3 0 0 0 0 1 1 1 1 0 12 4 5 5 0 0 0 0 1 1 1 1 0 25 3 2 2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 33 5 6 6 0 0 0 0 1 1 1 1 04 （4）源程序文件chengxu.for为：PROGRAM FEM2DDIMENSION IJK_ELE(500,3),X(500),Y(500),IJK_U(50,3),P_IJK(50,3),&RESULT_N(500),AK(500,100)D IMENSION STS_ELE(500,3),STS_ND(500,3)OPEN(4,FILE='BASIC.IN')OPEN(5,FILE='NODE.IN')OPEN(6,FILE='ELEMENT.IN')OPEN(8,FILE='DATA.OUT')OPEN(9,FILE='FOR_POST.DAT')READ(4,*)ID,N_ELE,N_NODE,N_BC,N_LOADIF(ID.EQ.1)WRITE(8,20)IF(ID.EQ.2)WRITE(8,25)20 FORMAT(/5X,'=========PLANE STRESS PROBLEM========')25 FORMAT(/5X,'=========PLANE STRAIN PROBLEM========')CALL READ_IN(ID,N_ELE,N_NODE,N_BC,N_BAND,N_LOAD,PE,PR,PT, & IJK_ELE,X,Y,IJK_U,P_IJK)CALL BAND_K(N_DOF,N_BAND,N_ELE,IE,N_NODE,& IJK_ELE,X,Y,PE,PR,PT,AK)CALL FORM_P(N_ELE,N_NODE,N_LOAD,N_DOF,IJK_ELE,X,Y,P_IJK, & RESULT_N)CALL DO_BC(N_BC,N_BAND,N_DOF,IJK_U,AK,RESULT_N)CALL SOLVE(N_NODE,N_DOF,N_BAND,AK,RESULT_N)CALL CAL_STS(N_ELE,N_NODE,N_DOF,PE,PR,IJK_ELE,X,Y,RESULT_N, & STS_ELE,STS_ND)c to putout a data fileWRITE(9,70)REAL(N_NODE),REAL(N_ELE)70 FORMAT(2f9.4)WRITE(9,71)(X(I),Y(I),RESULT_N(2*I-1),RESULT_N(2*I),& STS_ND(I,1),STS_ND(I,2),STS_ND(I,3),I=1,N_NODE)71 FORMA T(7F9.4)WRITE(9,72)(REAL(IJK_ELE(I,1)),REAL(IJK_ELE(I,2)),&REAL(IJK_ELE(I,3)),REAL(IJK_ELE(I,3)),&STS_ELE(I,1),STS_ELE(I,2),STS_ELE(I,3),I=1, N_ELE)72 FORMAT(7f9.4)cCLOSE(4)CLOSE(5)CLOSE(6)CLOSE(8)CLOSE(9)E NDcc to get the original data in order to model the problemSUBROUTINE READ_IN(ID,N_ELE,N_NODE,N_BC,N_BAND,N_LOAD,PE,PR, &PT,IJK_ELE,X,Y,IJK_U,P_IJK)DIMENSION IJK_ELE(500,3),X(N_NODE),Y(N_NODE),IJK_U(N_BC,3), & P_IJK(N_LOAD,3),NE_ANSYS(N_ELE,14)REAL ND_ANSYS(N_NODE,3)READ(4,*)PE,PR,PTREAD(4,*)((IJK_U(I,J),J=1,3),I=1,N_BC)READ(4,*)((P_IJK(I,J),J=1,3),I=1,N_LOAD)READ(5,*)((ND_ANSYS(I,J),J=1,3),I=1,N_NODE)READ(6,*)((NE_ANSYS(I,J),J=1,14),I=1,N_ELE)DO 10 I=1,N_NODEX(I)=ND_ANSYS(I,2)Y(I)=ND_ANSYS(I,3)10 CONTINUEDO 11 I=1,N_ELEDO 11 J=1,3IJK_ELE(I,J)=NE_ANSYS(I,J)11 CONTINUEN_BAND=0DO 20 IE=1,N_ELEDO 20 I=1,3DO 20 J=1,3IW=IABS(IJK_ELE(IE,I)-IJK_ELE(IE,J))IF(N_BAND.LT.IW)N_BAND=IW20 CONTINUEN_BAND=(N_BAND+1)*2IF(ID.EQ.1) THENELSEPE=PE/(1.0-PR*PR)PR=PR/(1.0-PR)END IFR ETURNENDcC to form the stiffness matrix of elementSUBROUTINE FORM_KE(IE,N_NODE,N_ELE,IJK_ELE,X,Y,PE,PR,PT,AKE) DIMENSION IJK_ELE(500,3),X(N_NODE),Y(N_NODE),BB(3,6),DD(3,3), & AKE(6,6), SS(6,6)CALL CAL_DD(PE,PR,DD)CALL CAL_BB(IE,N_NODE,N_ELE,IJK_ELE,X,Y,AE,BB)DO 10 I=1,3DO 10 J=1,6SS(I,J)=0.0DO 10 K=1,310 SS(I,J)=SS(I,J)+DD(I,K)*BB(K,J)DO 20 I=1,6DO 20 J=1,6AKE(I,J)=0.0DO 20 K=1,320 AKE(I,J)=AKE(I,J)+SS(K,I)*BB(K,J)*AE*PTRETURNENDcc to form banded global stiffness matrixSUBROUTINE BAND_K(N_DOF,N_BAND,N_ELE,IE,N_NODE,IJK_ELE,X,Y,PE, & PR,PT,AK)DIMENSIONIJK_ELE(500,3),X(N_NODE),Y(N_NODE),AKE(6,6),AK(500,100)N_DOF=2*N_NODEDO 40 I=1,N_DOFDO 40 J=1,N_BAND40 AK(I,J)=0DO 50 IE=1,N_ELECALL FORM_KE(IE,N_NODE,N_ELE,IJK_ELE,X,Y,PE,PR,PT,AKE)DO 50 I=1,3DO 50 II=1,2IH=2*(I-1)+IIIDH=2*(IJK_ELE(IE,I)-1)+IIDO 50 J=1,3DO 50 JJ=1,2IL=2*(J-1)+JJIZL=2*(IJK_ELE(IE,J)-1)+JJIDL=IZL-IDH+1IF(IDL.LE.0) THENELSEAK(IDH,IDL)=AK(IDH,IDL)+AKE(IH,IL)END IF50 CONTINUERETURNENDcc to calculate the area of elementSUBROUTINE CAL_AREA(IE,N_NODE,IJK_ELE,X,Y,AE)DIMENSION IJK_ELE(500,3),X(N_NODE),Y(N_NODE)I=IJK_ELE(IE,1)J=IJK_ELE(IE,2)K=IJK_ELE(IE,3)XIJ=X(J)-X(I)YIJ=Y(J)-Y(I)XIK=X(K)-X(I)YIK=Y(K)-Y(I)AE=(XIJ*YIK-XIK*YIJ)/2.0RETURNENDcc to calculate the elastic matrix of elementSUBROUTINE CAL_DD(PE,PR,DD)DIMENSION DD(3,3)DO 10 I=1,3DO 10 J=1,310 DD(I,J)=0.0DD(1,1)=PE/(1.0-PR*PR)DD(1,2)=PE*PR/(1.0-PR*PR)DD(2,1)=DD(1,2)DD(2,2)=DD(1,1)DD(3,3)=PE/((1.0+PR)*2.0)RETURNENDcc to calculate the strain-displacement matrix of elementSUBROUTINE CAL_BB(IE,N_NODE,N_ELE,IJK_ELE,X,Y,AE,BB) DIMENSION IJK_ELE(500,3),X(N_NODE),Y(N_NODE),BB(3,6)I=IJK_ELE(IE,1)J=IJK_ELE(IE,2)K=IJK_ELE(IE,3)DO 10 II=1,3DO 10 JJ=1,310 BB(II,JJ)=0.0BB(1,1)=Y(J)-Y(K)BB(1,3)=Y(K)-Y(I)BB(1,5)=Y(I)-Y(J)BB(2,2)=X(K)-X(J)BB(2,4)=X(I)-X(K)BB(2,6)=X(J)-X(I)BB(3,1)=BB(2,2)BB(3,2)=BB(1,1)BB(3,3)=BB(2,4)BB(3,4)=BB(1,3)BB(3,5)=BB(2,6)BB(3,6)=BB(1,5)CALL CAL_AREA(IE,N_NODE,IJK_ELE,X,Y,AE)DO 20 I1=1,3DO 20 J1=1,620 BB(I1,J1)=BB(I1,J1)/(2.0*AE)RETURNENDcc to form the global load matrixSUBROUTINE FORM_P(N_ELE,N_NODE,N_LOAD,N_DOF,IJK_ELE,X,Y,P_IJK, & RESULT_N)DIMENSION IJK_ELE(500,3),X(N_NODE),Y(N_NODE),P_IJK(N_LOAD,3), & RESULT_N(N_DOF)DO 10 I=1,N_DOF10 RESULT_N(I)=0.0DO 20 I=1,N_LOADII=P_IJK(I,1)RESULT_N(2*II-1)=P_IJK(I,2)20 RESULT_N(2*II)=P_IJK(I,3)RETURNENDcc to deal with BC(u) (here only for fixed displacement) using "1-0" method SUBROUTINE DO_BC(N_BC,N_BAND,N_DOF,IJK_U,AK,RESULT_N) DIMENSION RESULT_N(N_DOF),IJK_U(N_BC,3),AK(500,100)DO 30 I=1,N_BCIR=IJK_U(I,1)DO 30 J=2,3IF(IJK_U(I,J).EQ.0)THENELSEII=2*IR+J-3AK(II,1)=1.0RESULT_N(II)=0.0DO 10 JJ=2,N_BAND10 AK(II,JJ)=0.0DO 20 JJ=2,II20 AK(II-JJ+1,JJ)=0.0END IF30 CONTINUERETURNENDcc to solve the banded FEM equation by GAUSS eliminationSUBROUTINE SOLVE(N_NODE,N_DOF,N_BAND,AK,RESULT_N) DIMENSION RESULT_N(N_DOF),AK(500,100)DO 20 K=1,N_DOF-1IF(N_DOF.GT.K+N_BAND-1)IM=K+N_BAND-1IF(N_DOF.LE.K+N_BAND-1)IM=N_DOFDO 20 I=K+1,IML=I-K+1C=AK(K,L)/AK(K,1)IW=N_BAND-L+1DO 10 J=1,IWM=J+I-K10 AK(I,J)=AK(I,J)-C*AK(K,M)20 RESULT_N(I)=RESULT_N(I)-C*RESULT_N(K)RESULT_N(N_DOF)=RESULT_N(N_DOF)/AK(N_DOF,1)DO 40 I1=1,N_DOF-1I=N_DOF-I1IF(N_BAND.GT.N_DOF-I-1)JQ=N_DOF-I+1IF(N_BAND.LE.N_DOF-I-1)JQ=N_BANDDO 30 J=2,JQK=J+I-130 RESULT_N(I)=RESULT_N(I)-AK(I,J)*RESULT_N(K)40 RESULT_N(I)=RESULT_N(I)/AK(I,1)WRITE(8,50)50 FORMAT(/12X,'* * * * * RESULTS BY FEM2D * * * * *',//8X,&'--DISPLACEMENT OF NODE--'//5X,'NODE NO',8X,'X-DISP',8X,'Y-DISP') DO 60 I=1,N_NODE60 WRITE(8,70) I,RESULT_N(2*I-1),RESULT_N(2*I)70 FORMAT(8X,I5,7X,2E15.6)RETURNENDcc calculate the stress components of element and nodeSUBROUTINECAL_STS(N_ELE,N_NODE,N_DOF,PE,PR,IJK_ELE,X,Y,RESULT_N, &STS_ELE,STS_ND)DIMENSION IJK_ELE(500,3),X(N_NODE),Y(N_NODE),DD(3,3),BB(3,6), &SS(3,6),RESULT_N(N_DOF),DISP_E(6)DIMENSION STS_ELE(500,3),STS_ND(500,3)WRITE(8,10)10 FORMAT(//8X,'--STRESSES OF ELEMENT--')CALL CAL_DD(PE,PR,DD)DO 50 IE=1,N_ELECALL CAL_BB(IE,N_NODE,N_ELE,IJK_ELE,X,Y,AE,BB)DO 20 I=1,3DO 20 J=1,6SS(I,J)=0.0DO 20 K=1,320 SS(I,J)=SS(I,J)+DD(I,K)*BB(K,J)DO 30 I=1,3DO 30 J=1,2IH=2*(I-1)+JIW=2*(IJK_ELE(IE,I)-1)+J30 DISP_E(IH)=RESULT_N(IW)STX=0STY=0TXY=0DO 40 J=1,6STX=STX+SS(1,J)*DISP_E(J)STY=STY+SS(2,J)*DISP_E(J)40 TXY=TXY+SS(3,J)*DISP_E(J)STS_ELE(IE,1)=STXSTS_ELE(IE,2)=STYSTS_ELE(IE,3)=TXY50 WRITE(8,60)IE,STX,STY,TXY60 FORMAT(1X,'ELEMENT NO.=',I5/18X,'STX=',E12.6,5X,'STY=',&E12.6,2X,'TXY=',E12.6)c the following part is to calculate stress components of nodeWRITE(8,55)55 FORMAT(//8X,'--STRESSES OF NODE--')DO 90 I=1,N_NODEA=0.B=0.C=0.II=0DO 70 K=1,N_ELEDO 70 J=1,3IF(IJK_ELE(K,J).EQ.I) THENII=II+1A=A+STS_ELE(K,1)B=B+STS_ELE(K,2)C=C+STS_ELE(K,3)END IF70 CONTINUESTS_ND(I,1)=A/IISTS_ND(I,2)=B/IISTS_ND(I,3)=C/IIWRITE(8,75)I,STS_ND(I,1),STS_ND(I,2),STS_ND(I,3)75 FORMAT(1X,'NODE NO.=',I5/18X,'STX=',E12.6,5X,'STY=',&E12.6,2X,'TXY=',E12.6)90 CONTINUERETURNENDc FEM2D programm end[算例结果]：chengxu.for所输出的数据文件DATA.OUT数据内容如下：=========PLANE STRESS PROBLEM========* * * * * RESULTS BY FEM2D * * * * *--DISPLACEMENT OF NODE--NODE NO X-DISP Y-DISP1 .000000E+00 -.525275E+012 .000000E+00 -.225275E+013 -.108791E+01 -.137363E+014 .000000E+00 .000000E+005 -.824176E+00 .000000E+006 -.182418E+01 .000000E+00--STRESSES OF ELEMENT--ELEMENT NO.= 1STX=-.108791E+01 STY=-.300000E+01 TXY= .439560E+00ELEMENT NO.= 2STX=-.824176E+00 STY=-.225275E+01 TXY= .000000E+00ELEMENT NO.= 3STX=-.108791E+01 STY=-.137363E+01 TXY= .307692E+00ELEMENT NO.= 4STX=-.100000E+01 STY=-.137363E+01 TXY=-.131868E+00--STRESSES OF NODE--NODE NO.= 1STX=-.108791E+01 STY=-.300000E+01 TXY= .439560E+00NODE NO.= 2STX=-.100000E+01 STY=-.220879E+01 TXY= .249084E+00NODE NO.= 3STX=-.105861E+01 STY=-.191575E+01 TXY= .205128E+00NODE NO.= 4STX=-.824176E+00 STY=-.225275E+01 TXY= .000000E+00NODE NO.= 5STX=-.970696E+00 STY=-.166667E+01 TXY= .586081E-01NODE NO.= 6STX=-.100000E+01 STY=-.137363E+01 TXY=-.131868E+00[结论与体会]:通过本次的课程设计，我对有限元的概念有了更加深刻的理解，同时也弥补了平时学习是疏忽的地方，充实了有限元知识。