目前,结构力学分析的江河湖海几乎都以有限元法为主。但实际上,有限元法只是用数值方法求解微分方程的众多方法之一。本文将介绍几位目前能参与华山论剑结构分析的顶尖专家。
这个问题的数学模型可以用下面的微分方程来表示:
边界条件是
该区域温度分布的解析解为:
为了便于计算,边界条件中L1和L2都取为1,TW也取为1。同时,材料的导热系数Kx和Ky都取为1;选择计算区域的中心位置p作为调查点。
根据问题的解析解,可以发现P位置的温度值应为
半分散单元法和传统有限元法在计算中采用相同的网格划分。网格划分如下图所示。
四种网格划分模式下的相对误差对比如下图所示。
例如,自由度被用作比较标准。表2列出了半分散单元法和传统有限元法的自由度比较。
从表2可以看出,半分散单元法的自由度与传统有限元法相同,这是由于原始广义节点有限元中增加的自由度可以用节点信息表示,并在形成刚度矩阵时浓缩出来。
以下误差分析基于自由度的数量。由于自由度的个数在网格化和加密的过程中并不是线性增长的,所以我们在分析时会以自由度个数的自然对数作为度量指标。
可以看出,无论网格相同还是自由度相同,半分散单元法在收敛速度和精度上都远远优于传统有限元法。
第四,随机英雄谱
纵观目前结构分析手段的江湖,英雄辈出,百家争鸣。然而,有限元法以其成熟的理论和严格的笔画,受到了主要软件开发人员的喜欢,因为其中一个主导了河流和湖泊。但是,它工整的笔画有优点也有缺点。对于一些大变形的问题,难免会因为对手的招式太过诡异而措手不及。但是,无网格法轻便多变,容易对付有限元法无法解决的对手。然而,每个人都很难使用它,因为它的套路很难琢磨。广义有限元法具有两者结合的意义,但作为一门新的学科,它还没有在世界上出名。
我的知识是庸俗的,世界上的英雄不可能什么都知道。如果有错漏,还是希望大家能看看官方。
参考
王。有限元方法北京:清华大学出版社,2003
陈。二次广义有限元的性质和边界条件的处理方法。上海:同济大学,2011
李刚。半色散单元法:。上海:同济大学,2007