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有限元方法

1943
  • Richard Courant
  • Alexander Hrennikoff
  • Olgierd Zienkiewicz
在工程办公室内应用有限元法进行结构分析。

(图片仅供参考)

The Finite Element 方法 (FEM) is a powerful numerical technique for solving complex engineering and physics problems described by 偏微分 该方法通过将连续域离散化为一组更小、更简单的子域(称为“有限元”)来实现。这使得结构分析、传热、流体流动和电磁学等领域的问题能够得到近似的数值解。

有限元法首先将问题域“离散化”,生成有限元网格(例如,二维空间中的三角形或四边形,三维空间中的四面体或六面体)。在每个单元内,未知场变量(例如位移)用简单的多项式函数(称为形函数)进行近似。单元节点处的场值就成为问题的新未知量。

通常采用变分原理(例如最小势能原理)或加权残差法(例如伽辽金法)推导出整个区域的代数方程组。该过程为每个单元生成一个“单元刚度矩阵”[latex][k_e][/latex],该矩阵通过[latex][k_e] {u_e} = {f_e}[/latex]将节点力[latex]{f_e}[/latex]与节点位移[latex]{u_e}[/latex]关联起来。然后,将这些单独的单元矩阵系统地组合(“组装”)成整个结构的单个全局刚度矩阵[latex][K][/latex]。在施加已知的边界条件(力和约束)后,由此得到的庞大线性方程组 [latex][K] {U} = {F}[/latex] 可通过数值方法求解,得到未知的全局位移向量 [latex]{U}[/latex]。一旦节点位移已知,即可计算每个单元的其他物理量,例如应变和应力。

UNESCO Nomenclature: 1208
数值分析

类型

软件/算法

中断

革命

用法

广泛使用

前体

  • 变分法
  • 矩阵代数
  • 数字计算机的出现
  • 弹性力学和连续力学理论
  • 瑞利-里兹法近似解

应用程序

  • 结构分析软件(例如,ansys、abaqus、nastran)
  • 汽车碰撞模拟
  • 航空航天部件设计和应力分析
  • 电子元件热分析
  • 植入物和组织的生物力学模拟

专利:

NA

潜在创新理念

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相关领域:有限元方法、有限元分析、数值分析、模拟、结构分析、偏微分方程、网格划分、计算力学。

历史背景

有限元方法

1930
1936
1940
1943
1950
1950
1953
1930
1931
1939
1940
1950
1950
1952
1956

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

相关发明、创新和技术原理

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