有限元法及在结构工程中的应用PPT课件.ppt

力学讲座有限元法及在结构工程中的应用许政一、回顾《结构力学》中位移法二、有限元法提出及发展三、有限元法的基本方法四、有限单元法的实现五、有限元方法在工业生产中的应用六、有限元常用软件简介七、ANSYS软件简介八、举例分析ANSYS软件在水工及土木结构的力学应用一、回顾《结构力学》中位移法二、有限元法提出及发展有限元法可用以分析形状十分复杂的结构，所以它一出现就受到人们普遍重视，很快扩展到固体力学的各个分支，又从固体力学扩展到流体力学、热传导学、电磁学等各个领域，发展成为一个十分重要的工程计算方法。三、有限元法的基本方法2）单元（1）形状规则、简单（便于分析、试函数可以重复使用）（2）尺寸一定、（有限）大小决定了计算结果的精度（3）界面为相邻单元共有，界面上共有结点2.选择单元的近似位移模式单元内的位移场用单元结点位移表示,一般采用多项式形式表达。3.用单元结点位移表示单元内的应力-应变场利用几何关系和本构关系建立4.利用变分原理(弱解形式)(加权余量法)形成有限元求解方程组5.引入位移强制边界条件(消除系数矩阵的奇异性)6.解线形代数方程组求得结点位移解7.计算应力应变1可分析形状十分复杂，非均质各种实际工程结构；2可以在计算中模拟各种复杂的材料本构关系、荷载和条件；3可进行结构动力分析；4由于前处理和后处理技术发展，可进行大量方案的比较分析，并迅速用图形表示计算结果，从而有利于对工程方案进行优化。四、有限单元法的实现1.有限元程序的特点有限元程序作为科学计算程序的一种，当然有别于管理程序等其它应用软件。这里仅谈到它不同于其它科学计算程序的特点。1）输入信息量大a.结点信息多有限元模型常有数百个结点，较大的题目可能有数千个或更多个结点。一般来说，每个结点可能有多至一、二十个信息需要输入b.单元信息模型中的单元数量也可能有成百上千个，每个单元需要输入的信息量随单元类型而异，起码也要有一、二十个。c.子结构信息d.控制分析过程用的控制信息及其它信息成千上万个数据的输入是有限元分析中的一件十分繁琐的工作，它消耗了很多人力，还往往会带来很多差错。2）占存贮空间多有限元算法需要占据相当多的内存贮器容量和外存贮器容量，以便存贮大量的输入数据、中间数据和结果数据。由于一般并没有那么多的内存容量，故总是把较多的数据放在外存，这就引起乐内存于外存之间数据的频繁交换。这里仅仅谈到数据存贮，程序本身的存贮也要占很大空间。特别是大型程序，往往需要采用覆盖技术，再运行中将程序的一些模块陆续加载到内存。2.有限元程序的分类按分析的对象可分为专用程序与通用程序。专用程序专为某一类分析对象而编写，如平面问题专用程序，其适用面较窄。又如海洋平台专用程序，除分析对象适用面窄之外，还附加一些专门的运算。通用程序则力求适用于一切分析对象。按求解问题的性质可分为静力分析、动力分析、稳定性分析、温度场分析等类程序。有的程序仅具有静力分析功能，或只有静力、动力分析功能，也有的功能较全。按构成分析模型的材料特性和变形的相对大小，有线弹性结构分析、非线性结构分析、塑性结构分析，以及粘弹性、蠕变、大变形、大应变等多种程序。3.有限元程序的基本内容有限元分析程序的三个组成部分对于一个较好的用于实际问题分析的有限元程序来说，前后处理的程序量常常超出有限元分析的本体程序。前后处理功能越强，程序的使用就越方便。有限元分析程序中前后处理程序一般可占全部程序条数的2/3---4/5。有的近期发展的通用程序更注重程序的“包装”和使用功能，有限元分析本体程序以外部分的比例更高。◆机械加工◆航空航天◆机械加工◆航空航天六、有限元常用软件简介六、有限元常用软件简介2.MARCMARC是功能齐全的高级非线形有限元软件的求解器，体现了30多年来有限元分析的理论方法和软件实践的完美结合。它具有极强的结构分析功能。可以处理各种线性和非线性结构分析。它提供了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库3.NastranNastran是由美国的著名有限元分析和计算机仿真应用软件供应商MSC(TheMSC.SoftwareCorporation)公司，为了满足航空航天对结构分析的迫切需求主持开发的大型有限元软件。七、ANSYS软件简介1坝体工程多谢大家