有限元法基本原理

有限元法是最先应用于航空工程结构的矩阵分析方法，主要用来解决复杂结构中力与位移的关系。有限元法的基本思想:将具有无限个自由度的连续的求解区域离散为具有有限个自由度、且按一定方式(节点)相互连接在一起的离散体(单元)，即将连续体假想划分为数目有限的离散单元，而单元之间只在数目有限的指定点处相互联结，用离散单元的集合体代替原来的连续体。一般情况下，有限元方程是一组以节点位移为未知量的线性方程组，解次方程组可得到连续体上有限个节点上的位移，进而可求得各单元上的应力分布规律。

有限元方法求解问题主要分为以下几步: （1） 结构的离散化

将连续体离散成为单元组合体； （2）选择位移模式

即假定单元中位移分布是坐标的某种函数，位移模式一般选为多项式的函数；

（3）单元力学特性分析

利用弹性力学的平衡方程、几何方程、物理方程和虚功原理得到单元节点力和节点位移之间的力学关系，即建立单元刚度矩阵；

（4）计算等效节点力 根据虚功相等原则，用等效节点力来代替所有作用于单元边界或单元内部的载荷；

（5）建立整个结构的所有节点载荷与节点位移之间的关系（整体结构平衡方程），即建立结构的的总体刚度矩阵；

（6）边界条件

排除结构发生整体刚性位移的可能性。 （7）求解线性方程组

方程组有唯一解，即得到结构中各节点的位移，单元内部位移通过插值得到。

（8）后处理与计算结果评价

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