第3章 有限元方法的一般步骤.ppt
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第3章有限元方法的一般步骤§3.1结构的离散化2、二维单元:当几何形状、材料性质和应力、位移需要两个独立的空间坐标描述时。3、三维单元:当几何形状、材料性质和应力、位移需要三个独立的空间坐标描述时。4、轴对称单元:三维问题中,当几何形状、材料性质和应力、位移需要一个或两个独立的空间坐标描述时。5、高次元:三维问题中,对涉及曲线几何形状的问题时,单元边界采用曲线,通过中间增加结点提高模拟曲边的能力。§3.1.2离散过程2、单元的尺寸:单元尺寸影响解的收敛性,越细越精确。3、结点的设置:通常结点均匀分布,另外根据结构尺寸,材料,及外部条件发生突变处设置结点。4、单元数量:单元数量越多越能接近连续体,但当数量达到一定数值就影响较小了,另外影响计算速度。5、对称性:利用物体的物理条件进行简化。对称面边界条件的确定原则:在不同的对称面上,把位移分量区分为对称分量和反对称分量,在OX面上,u是对称的,v是反对称的。在OY面上,u是反对称的,v是对称的;将载荷根据不同对称面,也区分为对称分量和反对称分量;对于同一个对称面,如载荷是对称的,则位移的反对称分量为0,如载荷是反对称的,则位移的对称分量为0.飞机机身对称例如,图4-11(a)所示受纯弯曲的梁,其结构对于x、y轴都是几何对称的,而所受的载荷则是对于y轴对称,对于x轴反对称。可知,梁的应力和变形也将具有同样的对称特性,所以只需取1/4梁进行计算即可。取分离体如图4-11(b)所示,对于其它部分结构对此分离体的影响,可以作相应的处理,即对处于y轴对称面内各节点的x方向位移都设置为零,而对于在x轴反对称面上的各节点的x方向位移也都设置为零。这些条件就等价于在图4-11(b)中相应节点位置处施加约束,图中o点y方向施加的约束是为了消除刚体位移。6、总刚度性质与结点编号方案:结点编号尽可能使刚度矩阵半带宽窄,所以沿着物体最窄方向编号。§3.2选择单元的位移函数§3.2.1位移函数的多项式形式§3.2.2位移函数的多项式选择§3.2.3位移函数的多项式收敛性§3.3单元刚度矩阵的建立受外力作用:§3.3.2单元位移§3.3.3单元应变和应力§3.3.4结点力和单元刚度矩阵由虚位移原理§3.3.5结点载荷§3.4单元刚度矩阵组装与整体分析单刚组成总刚实例2、将单元(3)的局部坐标编号i、j、k换成总体坐标编号:4、各单元执行1、2、3步得到总刚矩阵:§3.4.2结点平衡方程§3.4.3位移边界条件对角元素置“1”法:§3.4.4总刚度平衡方程求解