有限元的发展-天津大学研究生e-Learning平台.ppt

* * * * * * Tianjin University Tianjin University “有限元的发展”相关文献读书报告 汇报人：杨舒涵 日 期：2016年12月23日 主要内容 第一章 有限元程序的发展 第二章 有限元在试验、生产中的应用 第三章 基于ABAQUS有限元软件的子程序开发 第一章 有限元程序的发展 一.有限元分析的来历及特点 1953年，Ray W.Clough在波音公司分析三角形机翼振动时，将机翼分成很多片小三角形板，计算的机翼结构挠度与小比例模型试验数据吻合是有限元的雏形。 1955 年，John H.Argyris提出矩形单元。1956年，第一篇有限元文章发表，正式拉开了有限元发展的历史[1]。 有限元分析(FEA，Finite Element Analysis)的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解[1]。 有限元法的特点是将函数定义在简单几何形状的单元域上，且不考虑整个定义域的复杂边界条件，而这也是有限元法由于其他近似方法的原因之一。 第一章 有限元程序的发展 二.主要有限元程序的现状 ANSYS ANSYS能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，软件的分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的祸合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力 [4]。 MARC 美国 MSC 公司是全球首家非线性软件公司，开发的 MARC 程序具有很高的计算稳定性和计算精度；具有网格自适应技术功能，支持网格重划分，MARC 有较好的二次开发功能，提供各种用户自定义程序，并为非线性计算提供了丰富的单元库和材料库[1]。 第一章 有限元程序的发展 二.主要有限元程序的现状 ABAQUS ABAQUS是法国达索公司开发的有限元程序，几乎可以适用所有工程领域，以非线性求解闻名，能自动选择相应载荷增量和收敛限度。它不仅能够选择合适参数，而且能连续调节参数以保证在分析过程中有效地得到精确解。ABAQUS同时是第一个引入用户接口的程序；ABAQUS包括一个丰富的可模拟任意几何形状的单元库，并拥有各种类型的材料模型库。ABAQUS有两个主求解器模块-隐式求解器 ABAQUS/standard和显式求解器ABAQUS/explicit，还包含一个全面支持求解器的图形用户界面，即人机交互前后处理模块 ABAQUS/CAE [1]。 ADINA ADINA作为近年来发展最快的有限元软件，能真正实现流场、结构、热的耦合分析，被业内人士认为是有限元发展方向的代表。ADINA能够在时域与频域求解以及两者之间的相互转化[1]。 第一章 有限元程序的发展 三.有限元软件的组成部分 从基本功能来讲，现阶段的商业通用有限元软件应包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块三个部分。 从集成的角度来看，有限元软件需要有前后处理与分析计算模块进行连接的各种接口。 （1）前处理 前处理的功能就是把实际工程问题转化成可供计算机求解的问题。前处理的结束是以成功生成可供分析计算模块的计算文件而结束。前处理的功能模块又可以细分为几何建模、材料建模、单元组定义、边界条件和荷载设置、网格划分及分析类型设置等小的模块。前处理建模过程的实现有三种途径：使用图形界面建模；使用命令文件建模；通过附加模块接口导入其他软件提供的计算模型[5]。 第一章 有限元程序的发展 三.有限元软件的组成部分 （2）分析计算模块 常用的有限元分析计算模块有如下几个功能：结构分析；流体动力学分析；电磁场分析；声场分析；热分析；压电分析以及多物理场的耦合分析。开发团体可以根据自身实际情况确定自己开发的功能模块[5]。 （3）后处理 后处理模块的功能就是将由分析计算模块求解得到的结果以图形或数值的形式展示给用户，让用户了解或预测实际模型在将来使用过程中出现的情况，从而达到指导用户构建合理模型的功能。就土木工程有限元软件的后处理功能而言，通常包括：模型的图形显示网格变形图、云图/等值线（面）图、矢量图、切片图、反力图、路径图、时程曲线图、动画等[5]。 第一章 有限元程序的发展 四.有限元分析系统的发展趋势 （1）由二维扩展为三维； （2）从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题。数值模拟分析方法最早是从结构化矩阵分析发展而来，逐步推广到板，壳和实体等连续体固体力学分析。近年来数值模拟方法已发展到流体力学、温度场