Question

有限元法的基本步骤

Answer 1

有限元法的基本步骤介绍如下：

有限元分析的基本步骤通常为：

第一步 前处理。根据实际问题定义求解模型，包括以下几个方面:

(1) 定义问题的几何区域：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。

(2) 定义单元类型:

(3) 定义单元的材料属性:

(4) 定义单元的几何属性，如长度、面积等；

(5) 定义单元的连通性:

(6) 定义单元的基函数;

(7) 定义边界条件:

(8) 定义载荷。

第二步 总装求解: 将单元总装成整个离散域的总矩阵方程(联合方程组)。总装是在相邻单元结点进行。状态变量及其导数(如果可能)连续性建立在结点处。联立方程组的求解可用直接法、迭代法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。

第三步 后处理: 对所求出的解根据有关准则进行分析和评价。后处理使用户能简便提取信息，了解计算结果。

基本特点

有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz法+分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。

不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。