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——郭世伟
第一章有限元法基础
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课程说明:
该课程的主要内容
该课程的意义、性质、特点
学时分配
考核方式
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教材及参考资料:
教材:《》张洪信
特点:基础理论与软件操作兼顾,涉及各类问题
参考资料有很多,列举部分:
《有限元分析—ANSYS理论分析语应用》SaeedMoavenl,电子工业出版社
《》胡国良等,国防工业出版社
《ANSYS工程分析实例教程》陈精一,中国铁道出版社
《》周长城等,电子工业出版社
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教材主要内容:
第1章概述简要介绍有限元法及ANSYS分析;
第2章介绍有限元法的基础知识及应用
第3章~第7章主要讲述ANSYS操作:
第3章介绍ANSYS建模与网格划分;第4章介绍结构线性静力分析过程;第5章介绍动力学分析过程;第6章介绍非线性分析过程;第7章介绍温度场分析、流体力学分析、电磁场分析、结构优化设计等过程与实例操作。
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一、有限元方法与ANSYS概述
1、有限元方法
有限元方法(FiniteElementMethod,FEM)是当前工程技术领域最常用、最有效的数值计算方法,已成为现代工程技术不可缺少的重要组成部分。
有限元法应用范围:
各学科领域,有固体力学,流体力学,声场问题,电磁场问题,热传导等问题的分析、设计。
可处理静态问题、动力学问题、波动问题,线性、非线性,复合材料问题,结构分析、仿真、优化设计等。
有限元法的发展过程:结构力学杆件结构——连续弹性体——流体问题等其他领域。
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有限元方法的基本思想:源于结构的矩阵分析法
离散化(单元)——单元分析——组零为整——整体分析。
结构有限元分析方法涉及知识:材料力学、结构力学、弹性力学等力学基础;结构能量原理,变分原理,加权残量法等;矩阵分析,数值计算方法;计算机基础,程序设计、算法语言、软件等。
有限元方法的特点:应用领域广泛,适应性强;对有限元方法可在不同层次上理解和应用,概念浅显,易于学****掌握;采用矩阵形式表达,利于计算机运算,便于程序设计,有多种有限元分析软件;精度高,速度快。
数值计算方法:偏微分方程组的边值问题求解,边界形状复杂,边界条件复杂。
解析解与数值解
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2、ANSYS介绍
ANSYS软件属于通用的CAE软件,是一个大型通用的有限元分析软件,该软件融结构、流体、电磁场、声场、传热等领域的静态问题、动力学问题和边界耦合问题分析于一体,功能强大,通用性好,有强大的稳健性和高度的精确性。并能与多种CAD软件和机械仿真软件接口,实现数据的交换和共享。还涉及有:网络划分、高级分析、优化、多物理场和多体动力学等。
前处理,后处理
大型通用的有限元分析软件不断吸取计算机技术和计算方法的最新进展,有限元分析与计算机图形学和优化技术相结合,已成为解决现代工程学问题必不可少的有力工具。
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二、结构力学、弹性力学基本概念的介绍
结构:有杆、梁结构,(平面、空间)桁架,(平面、空间)刚架,弹性平面结构,板壳结构,实体结构等。
荷载与变形:静力载荷、动力载荷,表面载荷、内载荷,分布载荷、集中载荷,内力、位移,应力、应变等。
约束条件,边界条件:
离散结构力学、连续介质力学(无穷多自由度)
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梁:梁是一种受弯构件,其轴线通常为直线。梁有单跨的和多跨的。其内力一般有弯矩和剪力,以弯矩为主。
刚架:刚架由梁和柱组成,结点多为刚结点。其内力一般有弯矩、剪力和轴力,以弯矩为主。
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桁架:桁架由直杆组成,所有结点都为理想铰结点。当仅受结点集中荷载作用时,其内力只有轴力(拉力和压力)。
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