有限单元法习题答案
有限单元法考试题及答案
有限单元法考试题及答案一、选择题1. 有限元法是一种用于求解偏微分方程的数值方法，其基本思想是将连续域离散化成有限个互不重叠的子域。
这种说法正确吗？A. 正确B. 错误答案：A2. 在有限元法中，单元的选取通常遵循以下哪个原则？A. 单元越小越好B. 单元越大越好C. 单元大小应根据问题的具体需求来确定D. 单元大小固定不变答案：C3. 有限元分析中，边界条件的处理方式不包括以下哪一项？A. 强制边界条件B. 自然边界条件C. 忽略边界条件D. 周期性边界条件答案：C4. 在有限元法中，下列哪个不是常用的单元类型？A. 三角形单元B. 四边形单元C. 六面体单元D. 圆形单元答案：D5. 有限元法中，形函数的作用是什么？A. 描述单元的几何形状B. 描述单元的物理属性C. 用于构建单元的局部刚度矩阵D. 用于描述单元内部的位移场答案：D二、简答题1. 简述有限元法的基本步骤。
答案：有限元法的基本步骤包括：定义问题域和边界条件，划分网格，选择单元类型，定义形函数，组装全局刚度矩阵，施加边界条件，求解线性方程组，提取结果。
2. 有限元法中，局部刚度矩阵是如何构建的？答案：局部刚度矩阵是通过单元的形函数和材料属性来构建的。
首先，根据单元的形函数和材料属性，计算单元的应变和应力。
然后，利用应变和应力，通过积分得到单元的局部刚度矩阵。
三、计算题1. 给定一个简单的一维弹性杆问题，其长度为L，两端固定，中间受力P。
请使用有限元法求解该杆的位移和应力分布。
答案：首先，将杆划分为若干个单元，每个单元的长度为Δx。
然后，为每个单元定义形函数，通常是线性形函数。
接着，根据形函数和材料属性（如杨氏模量E），构建每个单元的局部刚度矩阵。
将所有单元的局部刚度矩阵组装成全局刚度矩阵。
由于杆两端固定，边界条件为位移为零。
最后，将力P施加到中间节点，求解全局刚度矩阵对应的线性方程组，得到节点位移。
应力可以通过位移和形函数计算得到。
王勖成《有限单元法》习题答案3
N2
,
N3
,
N4
,
)
，
D
=
D0
⎢⎢υ
⎟
⎢
⎜ ⎜⎜⎝
−2
∂2 ∂x∂y
⎟ ⎟⎟⎠
⎢⎣0
1 0
0
⎥ ⎥
,
1−υ ⎥
D0
=
Et 3 12(1 −ν
2)
,
⎥
2⎦
∫ ∫ K e = a b BT DBdxdy = D0 ×
−a −b
30ab
1
⎡+m1
⎤
⎢ ⎢
+m4
+m2
对称
⎥ ⎥
⎢ ⎢
−m5
−m6
+m3
⎥ ⎥
−
3 2l31
sin γ 31,
1 2
cos
γ 12
sin
γ 12
+
1 2
cos γ
23
sin
γ
23}
1 2
cos2
γ 12
+
1 4
sin
γ
12
+
1 2
cos2
γ
31
+
1 4
sin
γ
31 ,
Hx2
= {−
3 2l12
sin γ12
+
3 2l23
sin γ 23,
1 2
cos
γ 12
sin
γ 12
+
1 2
整理左边的式子，得到：
[α4 (L2 + CL3 ) + α6 (L1 + CL3 )]L1L2 + [α5 (L3 + CL2 ) + α8 (L1 + CL2 )]L1L3 + [α7 (L3 + CL1) +α9 (L2 + CL1)]L2L3 = α1L1L2 + α2L2L3 + α3L3L1
有限单元法基础答案.doc
有限单元法基础答案【篇一：高等有限元课后题答案(1)】txt> 思考题2.1 有限元法离散结构时为什么要在应力变化复杂的地方采用较密网格，而在其他地方采用较稀疏网格？答：在应力变化复杂的地方每一结点与相邻结点的应力都变化较大，若网格划分较稀疏，则在应力突变处没有设置结点，而使得所求解的误差很大，若网格划分较密时，则应力变化复杂的地方可以设置更多的结点，从而使得所求解的精度更高一些。
2.2 因为应力边界条件就是边界上的平衡方程，所以引用虚功原理必然满足应力边界条件，对吗？答：对。
2.3 为什么有限元只能求解位移边值问题和混合边值问题？弹性力学中受内压和外压作用的圆环能用有限元方法求解吗？为什么？答：有限元法是一种位移解法，故只能求解位移边值问题和混合边值问题。
而应力边值问题没有确定的位移约束，不能用位移法求解，所以也不能用有限元法求解。
2.4 矩形单元旋转一个角度后还能够保持在单元边界上的位移协调吗？答：能。
矩形单元的插值函数满足单元内部和单元边界上的连续性要求，是一个协调元。
矩形的插值函数只与坐标差有关，旋转一个角度后各个结点的坐标差保持不变，所以插值函数保持不变。
因此矩形单元旋转一个角度后还能够保持在单元边界上的位移协调。
2.5 总体刚度矩阵呈带状分布，与哪些因素有关？如何计算半带宽？答：因素：总体刚度矩阵呈带状分布与单元内最大结点号与最小结点号的差有关。
计算：设半带宽为b，每个结点的自由度为n，各单元中结点整体码的最大差值为d，则b=n(d+1) ，在平面问题中n=2 。
2.6 为什么单元尺寸不要相差太大，如果这样，会导致什么结果？答：由于实际工程是一个二维或三维的连续体，将其分为具有简单而规则的几何单元，这样便于网格计算，还可以通过增加结点数提高单元精度。
在几何形状上等于或近似与原来形状，减小由于形状差异过大带来的误差。
若形状相差过大，使结构应力分析困难加大，误差同时也加大。
2.7 剖分网格时，在边界出现突变和有集中力作用的地方要设置结点或单元边界，试说明理由。
有限单元法智慧树知到课后章节答案2023年下山东科技大学
有限单元法智慧树知到课后章节答案2023年下山东科技大学山东科技大学绪论单元测试1.有限元法的核心思想是“数值近似”和“离散化”。
( )A:错 B:对答案:对第一章测试1.下列属于平面应力问题的是（）。
A:挡土墙 B:受内水压力作用的圆管 C:平板坝的平板支墩 D:重力水坝答案:平板坝的平板支墩2.平衡方程研究的是（）之间关系的方程式。
A:应力和位移 B:应力和应变 C:应变和位移 D:应力和体力答案:应力和体力3.弹性力学的边界条件有（）。
A:应力边界条件 B:位移边界条件 C:混合边界条件 D:应变边界条件答案:应力边界条件;位移边界条件;混合边界条件4.弹性力学的基本假定有（）。
A:假设物体是连续的 B:假设物体的变形是很小的 C:假设物体是完全弹性的 D:假设物体内无初应力 E:假设物体是均匀的和各向同性的答案:假设物体是连续的;假设物体的变形是很小的;假设物体是完全弹性的;假设物体内无初应力;假设物体是均匀的和各向同性的5.在体力为常量时，平衡方程、相容方程及应力边界条件中均不含弹性常数E和μ，故我们可以由一种材料替代另一种材料，用平面应力问题替代平面应变问题作实验，得到的应力是完全一样的。
（）A:对 B:错答案:对第二章测试1.一维变带宽存储的存储量（）。
A:与结点编号有关 B:与结点编号和单元编号有关 C:与单元编号有关 D:与存储上三角或者下三角有关答案:与结点编号有关2.应变矩阵与（）。
A:材料参数有关 B:单元几何尺寸和材料参数都有关 C:单元几何尺寸和材料参数都无关 D:单元几何尺寸有关答案:单元几何尺寸有关3.单元刚度矩阵建立了单元的与之间的关系。
（）A:应力，结点位移 B:应力，应变 C:结点力，结点位移 D:应变，结点位移答案:结点力，结点位移4.为了保证有限元解的收敛性，位移函数要满足（）条件。
A:位移函数应能反映单元的常应变状态 B:位移函数应包含刚体位移 C:位移函数在单元内要连续，在单元边界上要协调。
有限元试题及答案
有限元试题及答案一、选择题1. 有限元方法是一种用于求解工程和物理问题的数值技术，其核心思想是将连续域划分为有限数量的离散子域。
以下哪项不是有限元方法的特点？A. 网格划分B. 边界条件处理C. 局部近似D. 整体求解答案：D2. 在有限元分析中，以下哪项不是网格划分的常见类型？A. 三角形网格B. 四边形网格C. 六边形网格D. 圆形网格答案：D3. 对于线性弹性问题，以下哪种元素类型不适用于有限元分析？A. 线性三角形元素B. 二次三角形元素C. 线性四边形元素D. 三次四边形元素答案：D二、填空题1. 在有限元分析中，单元刚度矩阵的计算通常涉及到单元的_________。
答案：形状函数2. 有限元方法中，边界条件可以分为_________和_________。
答案：Dirichlet边界条件；Neumann边界条件3. 有限元软件通常采用_________方法来求解大型稀疏方程组。
答案：迭代三、简答题1. 简述有限元方法的基本步骤。
答案：有限元方法的基本步骤包括：- 定义问题的几何域和边界条件。
- 将几何域划分为有限数量的小单元。
- 为每个单元定义形状函数。
- 计算单元刚度矩阵和载荷向量。
- 组装全局刚度矩阵和载荷向量。
- 施加边界条件。
- 求解线性方程组，得到节点位移。
- 计算单元应力和应变。
2. 为什么在有限元分析中需要进行网格划分？答案：网格划分是有限元分析中的一个重要步骤，因为它允许将连续的几何域离散化，使得问题可以被数值方法求解。
通过网格划分，可以： - 简化复杂几何形状的分析。
- 适应不同的材料属性和边界条件。
- 提供足够的细节以捕捉应力和位移的局部变化。
- 减少计算复杂度，提高求解效率。
四、计算题1. 假设有一个平面应力问题，已知材料的弹性模量E=210GPa，泊松比ν=0.3。
请计算一个边长为10mm的正方形单元在单轴拉伸下的单元刚度矩阵。
答案：单元刚度矩阵\[ K \]可以通过以下公式计算：\[K = \frac{E}{(1-\nu^2)} \int_{\Omega} \left[ B^T B \right] d\Omega\]其中，\( B \)是应变-位移矩阵，\( \Omega \)是单元的面积。
有限元习题及答案
有限元习题及答案有限元习题及答案有限元方法是一种常用的数值计算方法，用于求解各种工程和科学问题。
在学习有限元方法的过程中，练习习题是非常重要的，可以帮助学生巩固所学的知识，并提高解决实际问题的能力。
本文将介绍一些有限元习题及其答案，希望对学习有限元方法的同学有所帮助。
习题一：一维热传导问题考虑一个长度为L的一维杆，其两端固定，杆上的温度满足以下热传导方程：∂²T/∂x² = 0，其中T为温度，x为位置。
已知杆的两端温度分别为T1和T2，求解杆上的温度分布。
解答一：根据热传导方程，可以得到温度分布的一般解为T(x) = Ax + B，其中A和B为常数。
根据边界条件，可以得到方程组：T(0) = B = T1T(L) = AL + B = T2解方程组可得A = (T2 - T1) / L，B = T1。
因此，温度分布为T(x) = ((T2 - T1) / L) * x + T1。
习题二：二维弹性问题考虑一个矩形薄板，其长为L，宽为W，材料的弹性模量为E，泊松比为ν。
已知薄板的边界上施加了一定的边界条件，求解薄板上的位移场。
解答二：对于二维弹性问题，可以使用平面应力假设，即假设薄板内部的应力只有两个分量σx和σy，并且与z轴无关。
根据平面应力假设和胡克定律，可以得到位移场的偏微分方程：∂²u/∂x² + ν * (∂²u/∂y²) + (1 - ν) * (∂²v/∂x∂y) = 0∂²v/∂y² + ν * (∂²v/∂x²) + (1 - ν) * (∂²u/∂x∂y) = 0其中u和v分别为位移场在x和y方向上的分量。
边界条件根据具体情况给定。
通过数值方法，如有限元方法，可以求解位移场的近似解。
习题三：三维流体力学问题考虑一个三维流体力学问题，流体在一个封闭容器内流动，容器的形状为一个长方体，已知流体的速度场和压力场的初始条件，求解流体的运动状态。
有限单元法部分课后题答案
１.1 有限单元法中“离散”的含义是什么？有限单元法是如何将具有无限自由度的连续介质问题转变成有限自由度问题的？位移有限元法的标准化程式是怎样的?(１)离散的含义即将结构离散化，即用假想的线或面将连续体分割成数目有限的单元,并在其上设定有限个节点;用这些单元组成的单元集合体代替原来的连续体,而场函数的节点值将成为问题的基本未知量。
(２）给每个单元选择合适的位移函数或称位移模式来近似地表示单元内位移分布规律，即通过插值以单元节点位移表示单元内任意点的位移。
因节点位移个数是有限的,故无限自由度问题被转变成了有限自由度问题。
(３）有限元法的标准化程式:结构或区域离散，单元分析,整体分析,数值求解。
１.3 单元刚度矩阵和整体刚度矩阵各有哪些性质?各自的物理意义是什么?两者有何区别?单元刚度矩阵的性质：对称性、奇异性（单元刚度矩阵的行列式为零)。
整体刚度矩阵的性质:对称性、奇异性、稀疏性。
单元Ｋiｊ物理意义Ｋij 即单元节点位移向量中第ｊ个自由度发生单位位移而其他位移分量为零时,在第ｊ个自由度方向引起的节点力。
整体刚度矩阵K 中每一列元素的物理意义是:要迫使结构的某节点位移自由度发生单位位移，而其他节点位移都保持为零的变形状态，在所有个节点上需要施加的节点荷载。
2．２什么叫应变能?什么叫外力势能？试叙述势能变分原理和最小势能原理，并回答下述问题：势能变分原理代表什么控制方程和边界条件？其中附加了哪些条件？(1)在外力作用下,物体内部将产生应力σ和应变ε，外力所做的功将以变形能的形式储存起来,这种能量称为应变能。
(2)外力势能就是外力功的负值。
（3）势能变分原理可叙述如下:在所有满足边界条件的协调位移中，那些满足静力平衡条件的位移使物体势能泛函取驻值，即势能的变分为零δ∏p=δ Uε+δV=0此即变分方程。
对于线性弹性体,势能取最小值,即δ2∏Ｐ=δ2Uε+δ2Ｖ≥０此时的势能变分原理就是著名的最小势能原理。
有限元课后习题答案
有限元课后习题答案1.1有限元法的基本思想和基本步骤是什么首先，将表示结构的连续离散为若干个子域，单元之间通过其边界上的节点连接成组合体。
其次，用每个单元内所假设的近似函数分片地表示求解域内待求的未知厂变量。
步骤：结构的离散化，单元分析，单元集成，引入约束条件，求解线性方程组，得出节点位移。
1.2有限元法有哪些优点和缺点优点：有限元法可以模拟各种几何形状复杂的结构，得出其近似解；通过计算机程序，可以广泛地应用于各种场合；可以从其他CAD软件中导入建好的模型；数学处理比较方便，对复杂形状的结构也能适用；有限元法和优化设计方法相结合，以便发挥各自的优点。
缺点：有限元计算，尤其是复杂问题的分析计算，所耗费的计算时间、内存和磁盘空间等计算资源是相当惊人的。
对无限求解域问题没有较好的处理办法。
1.3有限元法在机械工程中有哪些具体的应用静力学分析模态分析动力学分析热应力分析其他分析2.1杆件结构划分单元的原则是什么？1）杆件的交点一定要取为节点2）阶梯形杆截面变化处一定要取为节点3）支撑点和自由端要取为节点4）集中载荷作用处要取为节点5）欲求位移的点要取为节点6）单元长度不要相差太多2.2简述单元刚度矩阵的性质。
单元刚度矩阵是描述单元节点力与节点位移之间关系的矩阵。
2.3有限元法基本方程中每一项的意义是什么？{Q}---整个结构的节点载荷列阵（包括外载荷、约束力）;{}---整个结构的节点位移列阵；[K]---结构的整体刚度矩阵，又称总刚度矩阵。
2.4简述整体刚度矩阵的性质和特点。
对称性奇异性稀疏性主对角上的元素恒为正2.5位移边界条件和载荷边界条件的意义是什么由于刚度矩阵的线性相关性不能得到解，从而引入边界条件。
2.6写出平面刚架问题中单元刚度矩阵的坐标变换式2.7推导平面刚架局部坐标系下的单元刚度矩阵。
2.8简述整体坐标的概念。
单元刚度矩阵的坐标变换式把平面刚架的所有单元在局部坐标系X’O’Y’下的单元刚度矩阵变换到一个统一的坐标系xOy下，这个统一的坐标系xOy称为整体坐标系。
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有限单元法习题答案
有限单元法（Finite Element Method，简称FEM）是一种数值计算方法，用于求解工程和物理问题的数学模型。
它将复杂的连续体分割成许多简单的有限单元，通过对每个单元进行离散化，近似求解整个问题。
在实际应用中，有限单元法广泛应用于结构力学、流体力学、电磁学等领域。
在学习过程中，我们常常会遇到一些习题，下面将给出一些有限单元法习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 有限单元法的基本原理是什么？
答：有限单元法的基本原理是将连续体分割成有限个简单的单元，通过对每个单元进行离散化，建立局部方程，再通过组装得到整体方程。
通过求解整体方程，得到问题的近似解。
2. 如何选择合适的有限单元？
答：选择合适的有限单元是保证计算精度的关键。
一般来说，有限单元的选择应该满足以下几个条件：简单性、合理性、适应性和可靠性。
常见的有限单元包括一维线元、二维三角形单元、二维四边形单元等。
3. 有限单元法的求解步骤是什么？
答：有限单元法的求解步骤一般包括以下几个步骤：建立有限元模型、确定边界条件、选择适当的有限单元、建立单元刚度矩阵和载荷向量、组装单元刚度矩阵和载荷向量、施加边界条件、求解代数方程组、计算节点位移和应力、分析结果的准确性。
4. 有限单元法的优缺点是什么？
答：有限单元法的优点包括：适用范围广、计算精度高、计算效率高、易于处
理复杂边界条件等。
缺点包括：模型的精度受到有限单元的选择和网格划分的影响、计算结果的可信度需要通过验证、对计算机硬件要求较高等。
5. 有限单元法在结构力学中的应用有哪些？
答：有限单元法在结构力学中的应用非常广泛，包括静力分析、动力分析、热力分析等。
例如，在静力分析中，可以通过有限单元法求解结构的受力状态；在动力分析中，可以通过有限单元法求解结构的振动特性；在热力分析中，可以通过有限单元法求解结构的温度分布等。
6. 有限单元法在流体力学中的应用有哪些？
答：有限单元法在流体力学中的应用也非常广泛，包括流体流动、传热、质量传递等。
例如，在流体流动中，可以通过有限单元法求解流体的速度场、压力场等；在传热中，可以通过有限单元法求解流体的温度分布、热流等；在质量传递中，可以通过有限单元法求解流体的浓度分布等。
通过以上习题的答案，我们可以更好地理解和掌握有限单元法的基本原理、求解步骤以及在不同领域中的应用。
有限单元法作为一种强大的数值计算方法，为我们解决工程和物理问题提供了一种有效的途径。
希望大家在学习和应用中能够充分发挥其优势，取得更好的研究和工作成果。