张年梅有限元方法讲义
有限元总结讲义

5 网格分界面和分界点 结构中的一些特殊界面和特殊点应分为网格边界
或节点,以便定义材料特性、物理特性、载荷和位移 约束条件。
常见的特殊界面和特殊点有材料分界面、 几何尺寸突变面、分布载荷分界线(点)、集中 载荷作用点和位移约束作用点等。
6 位移协调性 位移协调是指单元上的力和力矩能够通过节点传
递相邻单元。 为保证位移协调,一个单元的节点必须同时也是
划分网格原则
划分网格是建立有限元模型的一个重要环节,它要求 考虑的问题较多,需要的工作量较大,所划分的网格 形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。为建立 正确、合理的有限元模型,这里介绍划分网格时应考
虑的一些基本原则(影响因素)。
1 网格数量 5 网格分界面和分界点 2 网格疏密 6 位移协调性 3 单元阶次 7 网格布局 4 网格质量 8 节点和单元编号
体内部趋近于边界的应力分量的关系。
Fsj ijni
位移边界条件 就是弹性体表面的变形协调,弹性体临近表
面的位移与已知边界位移相等
面(应)边界条件
给定面力分量 X ,Y ,Z 边界 —— 应力边界
cos( N ,x ) l cos( N , y ) m cos( N ,z ) n
N
Z
Y X
2 网格疏密 网格疏密是指在结构不同部位采用大小不
同的网格,以适应计算数据的分布特征。 在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集 中处),为了较好地反映数据变化规律,需要采 用比较密集的网格。 在计算数据变化梯度较小的部位,为减小模 型规模,则应划分相对稀疏的网格。
这样,整个结构便表现出疏密不同的网格 划分形式。
1、结构的离散化 2、单元特性分析 3、计算单元刚度矩阵 4、单元集成 5、施加边界条件 6、求解位移 7、求解应力应变等场量
有限元方法与应用谱分析课件

离散傅里叶变换
离散傅里叶变换是傅里叶分析的离散化形式,适用于数字信号的处理和分析。 通过离散傅里叶变换,可以将数字信号表示为离散频率分量的线性组合。
谱分析的分类与适用范围
连续谱分析
连续谱分析适用于处理连续变化的信号或函数,通过对连续频率范围内的信号进行分析,可以得到信号或函数在不同 频率下的表现。
谱分析的定义
谱分析是一种将信号或函数表示为正 弦和余弦函数的线性组合的方法,通 过对这些函数的频率和幅度进行分析 ,可以揭示信号或函数的基本特征。
谱分析的特点
谱分析具有全局性、分离性和稳定性 等优点,能够提供信号或函数在不同 频率下的表现,有助于深入理解其内 在规律和变化趋势。
谱分析的数学基础
傅里叶分析
离散谱分析
离散谱分析适用于处理离散的数字信号,通过对离散频率分量的分析,可以得到数字信号的基本特征。
适用范围
谱分析在信号处理、图像处理、振动分析等领域有着广泛的应用,通过对信号或函数的谱进行分析,可 以深入了解其内在规律和变化趋势,为相关领域的研究和应用提供有力支持。
04
CATALOGUE
谱分析的应用
通过将谱分析和有限元方法相结合,可以更好地处理非线性问题和多尺度 问题等复杂问题,提高数值计算的效率和精度。
有限元方法与谱分析的结合应用案例
流体动力学问题
利用有限元方法和谱分析相结合的方法,可以更好地模拟流体动力 学问题,例如湍流、波动和流体动力学的稳定性等。
结构力学问题
将有限元方法和谱分析相结合,可以更好地模拟结构力学问题,例 如结构的振动、稳定性和断裂等。
有限元方法课件_第六章_矩形和等参单元

4
将母元中的坐标线映射
到子元上,则得到一个斜角 坐标系或曲线坐标系 ,称
其为局部坐标,原xy坐标系
称为整体坐标。
当母元确定后(即结点数和形函数确定),坐标变换式只与子元结点坐标 有关,而子元坐标与网格划分有关,故一个母元与一族子元相对应。
这种坐标变换形成的子元在相邻边界上能保证坐标连续。
N1 (1 )(1 ) / 4
用矩阵表示:
u 4 f N i i e v i 1
其中:
Ni [ N ]i 0
0 Ni
i
e
ui vi
i 1,2,3,4
形函数矩阵:
七、任意四变形单元的单元刚度矩阵
[k ] B DB tdA
e T e
由于局部坐标系两主轴不呈直角,所以:
x y dA d d i
x y j i
j dd
如何描述单元内任一点的物理量?(子元的位移模式)
在子元局部坐标系中考察子元,可利用母元形函数矩阵有:
u 4 e f N ( , )i i v i 1
在形式上子元与母元的位移模式一样,但两种的坐标系已 不同,子元为斜角坐标,母元为直角坐标,故两者的位移分布 是不同的。
常用方法:Gauss积分法、
Newton-Cotes积分法等
本部分内容结束
坐标变换:
x xi N i ,
i 1 4
4
y yi N i ,
i 1
即:
位移函数:
x 4 e N ( , )i X i y i 1 u 4 e f N ( , )i i v i 1
有限元法PPT课件

如何克服局限性
改进模型
通过更精确地描述实际 结构,减少模型简化带
来的误差。
优化网格生成
采用先进的网格生成技 术,提高网格质量,降
低计算误差。
采用高效算法
采用并行计算、稀疏矩 阵技术等高效算法,提
高计算效率。
误差分析和验证
对有限元法的结果进行误 差分析和验证,确保结果
的准确性和可靠性。
05 有限元法的应用实例
有限元法ppt课件
目 录
• 引言 • 有限元法的基本原理 • 有限元法的实现过程 • 有限元法的优势与局限性 • 有限元法的应用实例 • 有限元法的前沿技术与发展趋势 • 结论
01 引言
有限元法的定义
01
有限元法是一种数值分析方法, 通过将复杂的结构或系统离散化 为有限个简单元(或称为元素) 的组合,来模拟和分析其行为。
有限元法在流体动力学分析中能够处理复杂的流体流动和 压力分布。
详细描述
通过将流体域离散化为有限个小的单元,有限元法能够模 拟流体的流动、压力、速度等状态,广泛应用于航空、航 天、船舶等领域。
实例
分析飞机机翼在不同飞行状态下的气动性能,优化机翼设 计。
热传导分析
总结词
有限元法在热传导分析中能够处理复杂的热传递过程。
实例
分析复杂电磁设备的电磁干扰问题,优化设备性能。
06 有限元法的前沿技术与发 展趋势
多物理场耦合的有限元法
总结词
多物理场耦合的有限元法是当前有限元法的重要发展方向, 它能够模拟多个物理场之间的相互作用,为复杂工程问题提 供更精确的解决方案。
详细描述
多物理场耦合的有限元法涉及到流体力学、热力学、电磁学 等多个物理场的耦合,通过建立统一的数学模型,能够更准 确地模拟多物理场之间的相互作用。这种方法在航空航天、 能源、环境等领域具有广泛的应用前景。
中国科学院大学张年梅有限元基础复习题

L
L
0
T L 2 EA dN dN T dN dN EA 1 1 d EA dx 0 。 dx dx L d d L 1 1
图 b:有应变矩阵 B LN 1 dx
对于多个给定位移 j c1 , c2 ,
, cl 时,则按序将每个给定位移都作上述修正,得到全部进
行修正后的 K 和 P,然后解方程即可得到包括给定位移在内的全部结点位移值。 4. 何为等参数单元?为什么要引入等参数单元? 答: 等参变换是对单元的几何形状和单元内的场函数采用相同数目的结点参数及相同的插值 函数进行变换,采用等参变换的单元称之为等参数单元。 借助于等参数单元可以对于一般的任意几何形状的工程问题和物理问题方便地进行有限元 离散,其优点有:对单元形状的适应性强;单元特性矩阵的积分求解方便(积分限标准化) ; 便于编制通用化程序。 5. 对于平面 4 节点(线性)和 8 节点(二次)矩形单元,为了得到精确的刚度矩阵,需要 多少个 Gauss 积分点?说明理由。 答:对于平面 4 节点(线性)矩形单元:
i
1
二、如图所示平面问题有限元网格,每个单元4 个节点,每个节点2 个自由度,
1. 给出适当的节点编号,使总的系数矩阵的半带宽最小,并计算半带宽的值; 2. 在您的节点编号下,图中节点A 的主对角线上的元素在总系数矩阵中的行号和列号 如何? 3. 哪几个单元对节点 A 的主对角线上的系数有非零贡献? 4. 尝试另一种节点编号,两种编号下总刚矩阵中的非零元素是否相等?为什么?
1 1 1 4 1 N 2 1 1 4 N1 N3 1 1 1 4 1 N 4 1 1 4
进而验证插值函数的性质:
有限元课件ppt

将所有单元的刚度矩阵依照一定的方式组合起来,形成整体的刚度 矩阵。
载荷向量与束缚条件
载荷向量
表示作用在结构上的外力,包括集中力和散布力。
束缚条件
表示结构在某些结点上的位移受到限制,常见的束缚有固定束缚、 弹性束缚等。
载荷向量和束缚条件的引入
在建立整体刚度矩阵后,需要将载荷向量和束缚条件引入到整体刚 度矩阵中,形成完全的线性方程组。
并行计算
采取并行计算技术,提高计算效率。
算法改进
优化算法,提高计算精度和效率。
06 有限元分析软件 介绍
ANSYS
01
功能特点
ANSYS是一款功能强大的有限元分析软件,广泛应用于结构、流体、
电磁等多种工程领域。它提供了丰富的建模工具和求解器,能够处理复
杂的工程问题。
02
优点
ANSYS具有友好的用户界面和强大的前后处理功能,使得建模和网格
有限元法的应用领域
结构分析
有限元法在结构分析中应用最 为广泛,可以用于分析各种类 型的结构,如桥梁、建筑、机
械零件等。
热传导
有限元法可以用于求解温度场 的问题,如热传导、热对流和 热辐射等问题。
流体动力学
有限元法在流体动力学领域也 有广泛应用,可以用于求解流 体流动和流体传热等问题。
其他领域
除了上述领域外,有限元法还 广泛应用于电磁场、声场、化
学反应等领域。
02 有限元的数学基 础
线性代数基础
向量与矩阵
01
介绍向量的基本概念、向量的运算、矩阵的表示和运算规则等
。
线性方程组
02
论述线性方程组的解法,包括高斯消元法、LU分解等。
特征值与特征向量
第一讲(有限元)

UY ROTY
单元
ROTZ UZ UX ROTX
结构 DOFs
载荷
有限元法的一般概念
节点自由度是随连接该节点 单元类型 变化的。
J 三维杆单元 (铰接) UX, UY, UZ I L K 二维或轴对称实体单元 UX, UY I I P M L I N K J I J O P 三维实体结构单元 UX, UY, UZ M L N K J I L K J 三维四边形壳单元 UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ O 三维实体热单元 TEMP J 三维梁单元 UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ
有限元方法(Finite Element Method, FEM)是计算机问 世以后迅速发展起来的一种分析方法。众所周知,每一种自 然现象的背后都有相应的物理规律,对物理规律的描述可以 借助相关的定理或定律表现为各种形式的方程(代数、微分 、或积分)。这些方程和相应的边界条件构成物理问题的本 构关系。针对实际的工程问题推导这些方程并不十分困难, 然而,要获得问题的解析的数学解却很困难。人们多采用数 值方法给出近似的满足工程精度要求的解答。有限元方法就 是一种应用十分广泛的数值分析方法。
有限单元法的形成与发展
在寻找连续系统求解方法的过程中,工程师和数学家从两种不同的路 线得到了相同的结果,即有限元法。有限元法的形成可以回顾到二十世 纪50年代,来源于固体力学中矩阵结构法的发展和工程师对结构相似性 的直觉判断。从固体力学的角度来看,桁架结构等标准离散系统与人为 分割成有限个分区后的连续系统在结构上存在相似性。 1956年M.J.Turner, R.W.Clough, H.C.Martin, L.J.Topp在纽约举行的航空 学会年会上介绍了一种新的计算方法,将矩阵位移法推广到求解平面应 力问题。他们把结构划分成一个个三角形和矩形的“单元”,利用单元中 近似位移函数,求得单元节点力与节点位移关系的单元刚度矩阵。 1954-1955年,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。 1960年,Clough在他的名为“The finite element in plane stress analysis” 的论文中首次提出了有限元(finite element)这一术语。
有限元分析方法第三章平面问题的三角形单元

v Nivi N jv j Nmvm
– 三个形函数Ni,Nj,Nm与u的完全相同
19
3.2 三结点单元的位移模式
• (二)形函数
– 单元内任一点的位移矢量可记为
ui
u
j
ue
u v
Ni
0
0 Ni
Nj 0
0 Nj
Nm 0
0 um
Nm
vi
v
j
vm
20
3.2 三结点单元的位移模式
• (二)形函数
– 单元结点位移列阵
ui
e
i j
m
vi
u v
j j
x y
xy
x v
y
u y
v x
x
0
y
0
y
uv
Lu
x
u Niui N ju j Nmum
v Nivi N jv j Nmvm
bj x c j y am
bm x cm y
1 2A
ai a j am
bi bj bm x ci c j cm
y
24
3.2 三结点单元的位移模式
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张年梅有限元方法讲义全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:张年梅有限元方法讲义有限元方法是一种非常重要的数值计算方法,广泛应用于力学、电磁学、声学、地球物理学等领域。
张年梅是中国工程院院士、有限元方法的权威专家,他在有限元方法的研究和应用方面取得了很多成果。
他的有限元方法讲义成为了很多工程学子和研究人员学习的重要参考资料。
有限元方法是一种用数值方法解决复杂工程问题的工具。
它将实际工程问题抽象为有限个简单形状的单元,并通过适当的数学方法和计算机程序求解得到问题的近似解。
有限元方法的基本思想是将一个复杂的结构或领域分割成有限个简单的子结构或子域,然后在每一个子结构或子域上建立合适的数学模型,最后通过组合所有子结构或子域的模型获得整体结果。
张年梅有限元方法讲义详细介绍了有限元方法的基本原理、数学模型的建立和求解方法。
讲义先介绍了有限元方法的起源和发展历程,然后对基本概念和术语进行了解释,包括有限元模型、单元、节点、网格等。
接着讲义详细介绍了有限元方法的基本原理,包括离散化、变分原理、加权残差法、Galerkin法等。
有限元方法的数学模型的建立是有限元分析的关键步骤。
张年梅有限元方法讲义介绍了常见的结构、固体、流体、电磁等问题的有限元建模方法,包括线性弹性分析、非线性分析、热传导分析、流体动力学分析等。
在建立数学模型之后,有限元方法的求解方法也是十分重要的。
张年梅有限元方法讲义介绍了有限元方法的常用数值解法,包括直接法、迭代法、有限元展开法等。
有限元方法在实际工程问题中有着广泛的应用。
张年梅有限元方法讲义通过大量的案例和实例展示了有限元方法在结构分析、热力分析、电磁分析等领域的应用。
讲义还介绍了有限元方法在工程设计和优化中的应用,包括拓扑优化、材料优化、结构优化等。
张年梅有限元方法讲义是一部权威的、全面的有限元方法教材,受到了广大工程学子和研究者的欢迎和好评。
通过学习这本讲义,读者可以系统地了解有限元方法的基本原理和求解方法,掌握有限元方法在工程问题中的应用技能,为解决工程问题提供强有力的工具支持。
张年梅有限元方法讲义推动了有限元方法的研究和应用,为我国在工程学科领域的发展做出了巨大贡献。
第二篇示例:张年梅有限元方法讲义有限元方法(Finite Element Method,FEM)是一种数值计算方法,用于解决工程和物理问题的数学模型。
该方法将连续的物理问题离散化为有限个子域,通过对每个子域进行建模和求解,最终得到整个物理问题的数值解。
张年梅教授作为国内著名的有限元方法专家,撰写了一份有限元方法讲义,帮助学生和工程师更深入地了解这一方法的原理和应用。
在张年梅有限元方法讲义中,首先介绍了有限元方法的基本原理和数学基础。
有限元方法的核心思想是将连续的物理问题离散化为离散的子问题,通过对每个子问题进行建模和求解,最终得到整个物理问题的数值解。
讲义详细介绍了有限元方法的离散化过程,包括如何选择合适的形函数和插值方法,如何建立有限元网格等。
进而,讲义深入探讨了有限元方法在结构力学、流体力学、热传导等领域的应用。
有限元方法在工程领域有着广泛的应用,可以用于模拟各种工程结构的受力情况、流体的流动及传热过程等。
张年梅教授通过实例详细介绍了有限元方法在不同领域的具体应用,帮助读者更好地理解该方法的实际应用价值。
张年梅有限元方法讲义还介绍了有限元方法的数值求解技术和常用软件工具。
有限元方法的求解过程通常需要进行大量的矩阵计算,而不同的数值求解技术可以对计算速度和精度产生不同的影响。
讲义对有限元方法的数值求解技术进行了系统介绍,并介绍了一些常用的有限元方法软件工具,如ANSYS、ABAQUS等。
张年梅有限元方法讲义全面系统地介绍了有限元方法的原理、应用和数值求解技术,是学习和应用有限元方法的重要参考资料。
通过学习这份讲义,读者可以更深入地了解有限元方法的核心思想和计算过程,掌握有限元方法在工程领域的实际应用技能,为解决实际工程和物理问题提供有力的支持和指导。
【字数:427】第三篇示例:张年梅有限元方法讲义有限元方法是一种广泛应用于工程、科学和数学领域的数值分析方法,用于求解各种偏微分方程的数值近似解。
张年梅先生是中国工程数学领域的著名学者,他对有限元方法的研究和推广做出了重要贡献。
他的有限元方法讲义被广泛应用于高校教学和科研工作中。
有限元方法讲义包括了有限元方法的基本原理、基本概念、数学基础和具体应用。
张年梅有限元方法讲义通过一系列详细的推导和例题,深入浅出地介绍了有限元方法的基本原理和数值求解技术。
他强调了有限元方法在实际工程中的重要性和应用价值,并提出了一些实用的方法和技巧。
有限元方法讲义还强调了有限元方法在科学研究和工程实践中的重要性和前景。
张年梅先生指出,有限元方法已经成为工程数学领域的一个核心技术和方法,广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程、电子设备等领域。
他鼓励读者深入研究和掌握有限元方法,在实际工作中灵活运用,不断提高自身的科研和实践能力。
有限元方法讲义不仅在高校教学中有很大的应用,也在科研机构和工程企业中得到广泛传播和推广。
张年梅先生的有限元方法讲义已经成为我国工程数学领域的经典教材,受到了广大学生、科研人员和工程师的高度评价和认可。
张年梅有限元方法讲义是一本经典的工程数学教材,对于有限元方法的理论基础、应用技术和实践能力有很强的指导意义。
希望更多的人能够学习和研究有限元方法,掌握这一重要的数值分析技术,为我国工程数学和科学研究做出更大的贡献。
【字数已达2000字】第四篇示例:有限元方法是一种用于工程和科学领域中求解偏微分方程的数值方法。
它将连续的问题离散化为有限个子问题,通过对这些子问题的求解来逼近原问题的解。
张年梅先生是有限元方法在我国的主要研究者之一,他在有限元方法的研究和应用方面做出了重要贡献。
张年梅有限元方法讲义是一本系统介绍有限元方法基本原理和应用的教材。
本讲义涵盖了有限元方法的基本概念、有限元法的数学基础、有限元方法在结构力学、流体力学等领域中的应用,以及有限元软件的使用等内容。
通过对该讲义的学习,读者可以全面了解有限元方法的基本理论和实际应用,并掌握有限元方法的具体计算方法。
有限元方法的基本思想是将待求解的连续区域分割成有限个小的单元,每个单元都对应一个简单的数学模型。
通过在每个单元上建立适当的插值函数,将原始的偏微分方程离散化为代数方程组,再通过求解代数方程组得到近似解。
这种离散化的方法使得处理复杂的工程和科学问题变得可能,因此在实际工程中有限元方法得到了广泛的应用。
有限元方法的数学基础是变分法和加权残差法。
其中变分法是数学上处理函数最简化问题的一种方法,而加权残差法是将变分法应用于偏微分方程的求解中。
通过对这两种方法的理解,可以更好地掌握有限元方法的数学原理,为实际应用打下基础。
有限元方法在结构力学、流体力学、热传导等领域中有着广泛的应用。
在结构力学中,有限元方法可以用来分析不同形状的结构的受力情况,预测结构的变形和破坏情况。
在流体力学中,有限元方法可以用来研究流动体系的流场分布和压力分布。
在热传导中,有限元方法可以帮助我们理解热量在不同介质中的传递规律。
通过对这些具体应用的学习,可以更好地理解有限元方法的实际意义和应用范围。
有限元方法的学习还需要掌握一些有限元软件的使用技巧。
常见的有限元软件有ANSYS、ABAQUS等,通过这些软件可以更方便地进行有限元分析,快速得到结果。
掌握有限元软件的使用技巧是有限元方法学习的重要组成部分,也是将理论知识应用到实际工程中的重要手段。
笔者在这里再次强调,有限元方法的学习是一个系统性的过程,需要从基本原理和数学基础开始,逐步深入到具体应用和工程实践中。
读者可以通过独立学习或参加相关培训班来掌握有限元方法的理论和实践技能,提升自己在工程和科学领域的研究能力和实践能力。
有限元方法是一个强大的工具,可以帮助我们解决复杂的工程和科学问题。
通过对有限元方法的学习和掌握,我们可以更好地理解自然界和工程实践中的现象,为科学研究和工程设计提供支持。
希望广大学生和工程技术人员能够认真学习有限元方法,掌握其理论和应用,为推动科学技术的发展做出贡献。
【本段共计336字】以上就是笔者对【张年梅有限元方法讲义】的一些介绍和心得体会,希望读者能够通过本文了解有限元方法的基本原理和应用,进一步了解张年梅先生在有限元方法研究领域的贡献和成就。
有限元方法是一个复杂但强大的数值方法,通过不断学习和实践,我们可以掌握其精髓,为相关领域的研究和发展贡献自己的力量。
让我们共同努力,探索有限元方法的奥秘,为科学技术的进步不懈努力!【本段共计164字】【总计1164字】。