结构有限元分析程序设计
绪论
§0.1 开设“有限元程序设计”课程的意义和目的
§0.2 课程特点
§0.3 课程安排
§0.4 课程要求
§0.5 基本方法复习
$0.1 意义和目的
1.有限元数值分析技术本身要求工程设计研究人员掌握
1). 有限元数值分析技术的完善标志着现代计算力学的真正成熟和实用化,已在各种
力学中得到了广泛的应用。比如：，已杨为工程结构分析中最得以收敛的技术手段，现代功用大致有：
a). 现代结构论证。对结构设计从内力，位移等方面进行优劣评定，从而进
行结构优化设计。
b)可取代部份实验，局部实验+有限元分析，是现代工程设计研究方法的一大
特点。
c)结构的各种功能分析（疲劳断裂，可靠性分析等）都以有限元分析工具作为
核心的计算工具。
2). 有限元数值分析本身包括着理论+技术实现（本身功用所绝定的）
有限元数值分析本身包括着泛函理论+分片插值函数+程序设计
2. 有限元分析的技术实现（近十佘年的事）更依赖于计算机程序设计
有限元分析的技术取得的巨大的成就，从某种意义上说，得益于计算机硬件技术的发展和程序设计技术的发展，这两者的依赖性在当代表现得更加突出。（如可视化技术）
3.从学习的角度，不仅要学习理论，而且要从程序设计设计角度对这些理论的技术实现有
一个深入的了解，应当致力于掌握这些技术实现能力，从而开发它，发展它。（理论本身还有待于进一步完美相应的程序设计必须去开发）
4.程序设计不仅是实现有限元数值分析的工具和桥梁，而且在以下诸方面也有意义：
1). 精通基本概念，深化理论认识；
2). 锻炼实际工程分析，实际动手的能力；
3). 获得以后工作中必备的工具。（作业+老师给元素库）
目的：通过讲述有限元程序设计的技术与技巧，便能达到自编自读的能力。
§0.2 课程特点
总描述：理论+算法+数据结构（程序设计的意义）
理论：有限元算法，构造，步骤，解的等外性，收敛性，稳定性，误差分析
算法；指求解过程的技术方法，含两方面的含义；a. 有限元数值分析算法，b, 与数据结构有关的算法（总刚稀疏存贮，提取，节点优化编号等）
数据结构：指各向量矩阵存贮管理与实现，辅助管理结构（指针，数据记录等）
具体特点：
理论性强：能量泛函理论+有限元构造算法+数据结构构造算法
内容繁杂：理论方法+技术方法+技术技巧
技巧性强：排序，管理结构（指针生成，整型运算等）
§0.3 课程安排
①. 单元刚度矩阵及元素设计（单元刚阵算法，杆梁平面分析，板弯非协调元等）
②. 总刚的形式及程序设计（单刚提前准备，技术复杂）
③. l边界条件及程序设计（等效荷载计算，位移边界条件置入，多工况的对称性）
④. 总刚线性方程组求解（LDL T分解，分块算法，子结构算法，波前法）
⑤．单元应力计算+应力处理与改善。
⑥. 数据处理（数据分类，压缩存贮，节点排序方法）
⑦, 变带宽存贮的优化理论，图论的理论，有限元的图结构，存贮管理复核）
⑧. 有限元议程全稀疏管理与求解策略。
说明：仅线性部份，复材，接触，弹塑性等不包括，基本部份。
实践性作业安排：
1.作业：总的结构管理程序+子功能模块的编程，一个题的计算实践
2.送有限元元素库。
§0.4 课程要求
1.先行要求
2.作业要求（计算机编程得出正确结果）
3.课程校核要求
§0.5 基本方法复习
0.5.1 结构化程序设计方法
0.5.2 有限元分析方法回顾
0.5.3 Fortran语言回顾
0.5.4 结构化程序设计
1.基本结构：构成一个问题从输入到求解输出的基本程序形式：
Imput——→Process——→Output
(输入) （处理）（输出）
三种基本形式：
a). 树形结构（顺序执行结构）
积木式(Fortran): 每个设定的功能分析团体的一个模块,每个模块又称作整体结构的素材,主模块象积木一样堆积.语体不联系,但有通讯方法沟通模块间信息,各种模块有各自的特征语体,main progame……,subroutine sub….
嵌套式(Pascall): 主模块与子模块相互嵌套,各模块的特征,语体相同
procedure main
procefure ssub1
……..
procedure sub2
……….
End sub1
………
end sub2
…….
End main
函数式(c语言): 主要特点是功能模块作为库函数调用,需用时在库内调用,每一个函数有表征语句,这种语体接近自然思维,而且对系统资源的调配应用更完善.
面向对象的程序设计: 实施过程的可视化+控制性
3.结构化程序设计方法
a). Top—Down(自上面下),系统性强,选择性强.
b). Critical Component First (关键部份优先),先抓主要矛盾,分清重,缓,急.
c). 独立调试,总体联调,(软件设计的社会化作业).
4.程序设计要点
a). 自觉有意识地设计一个良好的程序结构,做到:易读,易懂,易管理,易修改,易发展.
b). 做到逻辑清晰,说明完整.
c). 要有工艺设计概念有框图,有步骤.
5). 结构化程序设计原则
a). 尽可能通用性好（适应各种规模的复题，？的扩大依据程序设计指标而定）
b).整体精炼，清晰；避免GOTO。
c).省机时，省存贮，计算精度高，（算法上下功夫，要理论分析加技巧）
d).输入数据少，格式简单。
e).输出结果简明，忌讳打印过多（与具体调试过程不一样）。
f).易读易维护，易发展。
§0.5.2.有限无方法求解过程回顾
一.力学模型的分级管理
有限无程序对力学模型的数据按
一级：结构级（有点广义，不仅指具体结构，也指模型题目的规模）
` 二级：单元级
3. A). (1). 节点位置(总体坐标系下的坐标).
(2). 节点局部坐标(按节点的约束方向制定的特殊坐标系x ＇，y ＇，z ＇,v 如斜支撑) (3). 节点的性质(自由,固定,指定位移,从属其它节点). (4). 节点力:(F x ,F y , F z ,M x ,M y ,M z ) (5). 节点位移:(u , v , w, θx ,θy ,θz ) B. 单元描述参数
(1). 材料特性参数不清 E, G, γ→[D ]
(2). 节点的几何刚度参数(即面积A,板厚H,梁抗弯模量I) (3). 单元的局部坐标. (用于应力分析等,如图形曲面) (4). 单元的节点编号
(5). 单元的几何矩阵营 (节点变形与应力关系矩阵) (6). 单元刚度矩阵 [K]
(7). 单元的应力,应变向量,(有限元分析多用向量,而不用矩阵(张量))
结构描述参数
单元总数,节点总数,单元娄型总数,结构材料种娄数,节点自由度数(控制题目规模) 二. 基本公式系统
1. 单元刚度计算公式
2. 单元刚阵组合 [K]=ΣA T KA
3. 单元节点荷载计算
4. 节点荷载组装:
???
???
?
???=???????
??
? ??333231232221131211231312332211σσσσσσσσσσσσσσσ???????
??
???????=?????????
? ??333231232221131211231312332211212
1212121212
1εεε
εεεεεεεεεεεε?=c
V T e dv
B D B K ]][[][][?=e
S T e ds
P N P }{][}{()∑=e
AP P
5. 位移约束关系:
6. 总刚方程解:
7. 应变计算:
8. 应力计算:
9. 支撑反力计算:
三. 有限元分析的模块组织.
{}?
?
????=-d d []{}{}{}[]{}
P K P K e =?=δδ{}[]{}
δεB ={}[]{}[][]{}
δεσB D D ==i
ii i d K R -
=
四．结构分析的原始输入数据
1．题目规模` 节点数目：NNP 单元数目：NE
2．节点数据单元人坐标：XE（NNP，3）
3．单元数据单元节点编号：ME（NE，3）、ME（NE，2）
材料特性：E、N
单元几何参数：I、RI（惯矩）
4．荷载数据外荷载作用点，坐标及大小：PA（NNP，1）
§0. 5.3 Fortran语言回顾
1．子模块（子程序）subroutine
a.特点：独立性强，只要输入输出接口，象一个黑匣子，与外界无关。
b.作用：完成一个独立的功能（求应力，矩阵分解，投放等）
c.格式：subroutine function(ip1,ip2,rp1,rp2,io1,io2,ro1,ro2).(其中ip1,ip2,rp1,rp2,是输入形
参，io1,io2.rp1,rp2是输出形参)
2．数据传递形式
1）. COMMON 公共块语句传递，（公共块的内容不能作为形参）
a.公共块分为无名公共块和有名公共块
b.公共块的参数不能作为子程序的参数出现，
c.公共块名一致，其内容在不同公共块中可以标志符不同（但其长度应一致）
d.通用原始数据放入公共块（作为实参错误率大）
e.尽可能不放数值，安息组一般可作成可调长度
f. 格式Common/comm/…….
Subroutine fun()
Common/comm/……..
2).形参————实参对应
a.实参不能开辟存贮单元，子程序内定义语句中的形参数组由主程序定义，在子程序中仅
形式定义（即仅说明是数组，因而大小无所谓）
b.格式：Dimension RP(1000),RO(1000)
…….
Call sub1(RP,RO)
………
END
DIMENTION IBANK
SUBROUTINE SUB1(RP,RO,NE)
DIMENTION RP(1),RO(1),SP(50)
DIMENTION RP(NE,1),RO(NE,1) (形参的动态定义，实参不能)
3）. 数组长度自动调整方法。
PROGRAM MAIN
INPLICIT REAL*8 (A—H,O---Z)
CHARACTAR*20 TR
COMMON/COMM/….
DIMENTION IBANK( ),RBANK( ),IP1( ),IP2( )
IP1(1)=… IP(N)=…..
IP2(1)=…… IP2(N)=…..
CALL SUB1(IBANK(IP1(1)),IBANK(IP1(N)),RBANK(IP2((1)),….)
…..
END
SUBROUTINE SUB1(II1,IO2,….RI1,….RO1….NE) DIMENTION II1(1) ,IO2(NE,1), RI1(1), RO1(1)
一、有限单元法的基本原理 有限单元法（The Finite Element Method）简称有限元（FEM），它是利用电子计算机进行的一种数值分析方法。它在工程技术领域中的应用十分广泛，几乎所有的弹塑性结构静力学和动力学问题都可用它求得满意的数值结果。 有限元方法的基本思路是：化整为零，积零为整。即应用有限元法求解任意连续体时，应把连续的求解区域分割成有限个单元，并在每个单元上指定有限个结点，假设一个简单的函数（称插值函数）近似地表示其位移分布规律，再利用弹塑性理论中的变分原理或其他方法，建立单元结点的力和位移之间的力学特性关系，得到一组以结点位移为未知量的代数方程组，从而求解结点的位移分量. 进而利用插值函数确定单元集合体上的场函数。由位移求出应变, 由应变求出应力 二、ABAQUS有限元分析过程 有限元分析过程可以分为以下几个阶段 1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型――有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。
2.计算阶段:计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。 由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成 3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理， 并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。 下列的功能模块在ABAQUS/CAE操作整个过程中常常见到，这个表简明地描述了建立模型过程中要调用的每个功能模块。 “Part（部件） 用户在Part模块里生成单个部件，可以直接在ABAQUS/CAE环境下用图形工具生成部件的几何形状，也可以从其它的图形软件输入部件。 Property（特性） 截面（Section）的定义包括了部件特性或部件区域类信息，如区域的相关材料定义和横截面形状信息。在Property模块中，用户生成截面和材料定义，并把它们赋于(Assign)部件。 Assembly（装配件） 所生成的部件存在于自己的坐标系里，独立于模型中的其它部件。用户可使用Assembly模块生成部件的副本（instance），并且在整体坐标里把各部件的副本相互定位，从而生成一个装配件。 一个ABAQUS模型只包含一个装配件。
MATLAB: MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于数据分析、无线通信、深度学习、图像处理与计算机视觉、信号处理、量化金融与风险管理、机器人，控制系统等领域。 MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室），软件主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。 MATLAB有限元分析与应用:
《MATLAB有限元分析与应用》是2004年4月清华大学出版社出版的图书，作者是卡坦，译者是韩来彬。 内容简介： 《MATLAB有限元分析与应用》特别强调对MATLAB的交互应用，书中的每个示例都以交互的方式求解，使读者很容易就能把MATLAB用于有限分析和应用。另外，《MATLAB有限元分析与应用》还提供了大量免费资源。 《MATLAB有限元分析与应用》采用当今在工程和工程教育方面非常流行的数学软件MATLAB来进行有限元的分析和应用。《MATLAB有限元分析与应用》由简单到复杂，循序渐进地介绍了各种有限元及其分析与应用方法。书中提供了大量取自机械工程、土木工程、航空航天工程和材料科学的示例和习题，具有很高的工程应用价值。
有限元知识点归纳 1.、有限元解的特点、原因？ 答：有限元解一般偏小，即位移解下限性 原因：单元原是连续体的一部分，具有无限多个自由度。在假定了单元的位移函数后，自由度限制为只有以节点位移表示的有限自由度，即位移函数对单元的变形进行了约束和限制，使单元的刚度较实际连续体加强了，因此，连续体的整体刚度随之增加，离散后的刚度较实际的刚度K为大，因此求得的位移近似解总体上将小于精确解。 2、形函数收敛准则（写出某种单元的形函数，并讨论收敛性）P49 (1)在节点i处N i=1,其它节点N i=0; (2)在单元之间，必须使由其定义的未知量连续； (3)应包含完全一次多项式； (4)应满足∑Ni=1 以上条件是使单元满足收敛条件所必须得。可以推证，由满足以上条件的形函数所建单元是完备协调的单元，所以一定是收敛的。 4、等参元的概念、特点、用时注意什么？（王勖成P131） 答：等参元—为了将局部坐标中几何形状规则的单元转换成总体（笛卡尔）坐标中的几何形状扭曲的单元，以满足对一般形状求解域进行离散化的需要，必须建立一个坐标变换。即： 为建立上述的变换，最方便的方法是将上式表示成插值函数的形式，即： 其中m是用以进行坐标变换的单元节点数，xi,yi,zi是这些结点在总体（笛卡尔）坐标内的坐标值，Ni’称为形状函数，实际上它也是局部坐标表示的插值函数。称前者为母单元，后者为子单元。 还可以看到坐标变换关系式和函数插值表示式：在形式上是相同的。如果坐标变换和函数插值采用相同的结点，并且采用相同的插值函数，即m=n，Ni’=Ni,则称这种变换为等参变换。 5、单元离散？P42 答：离散化既是将连续体用假想的线或面分割成有限个部分，各部分之间用有限个点相连。每个部分称为一个单元，连接点称为结点。对于平面问题，最简单、最常用的离散方式是将其分解成有限个三角形单元，单元之间在三角形顶点上相连。这种单元称为常应变三角形单元。常用的单元离散有三节点三角形单元、六节点三角形单元、四节点四边形单元、八节点四边形单元以及等参元。 6、数值积分，阶次选择的基本要求？ 答：通常是选用高斯积分 积分阶次的选择—采用数值积分代替精确积分时，积分阶数的选取应适当，因为它直接影响计算精度，计算工作量。选择时主要从两方面考虑。一是要保证积分的精度，不损失收敛性；二是要避免引起结构总刚度矩阵的奇异性，导致计算的失败。
有限元非线性计算特点 文章通过几个典型的工程计算模型，分析比较有限元线性与非线性计算结果，阐释了有限元非线性计算的特点及优点。 标签：工程计算；线性；非线性 1 引言 有限元单元法已成为强有力的数值解法来解决工程中遇到的大量问题，其应用范围从固体到流体，从静力到动力，从力学问题到非力学问题，有限元的线性分析已被广泛采用。但对于许多航空工程中遇到的问题，如进气道等，仅仅采用线性求解是不真实的，而采用非线性计算将更符号实际情况。本文借助MSC/NASTRAN有限元分析程序，对于典型的工程计算模型分析比较线性与非线性计算结果，从而给出非线性计算相对于线性计算的优点及特点。 2 有限元非线性计算的特点及优点 为了明确有限元非线性计算结果与线性计算结果的差异，更好的展现有限元非线性计算的特点，本节将借助于有限元分析软件MSC/NASTRAN，对一受外载的矩形薄板根据不同的边界条件，进行非线性及线性静力分析，通过分析比较计算结果，说明有限元非线性静力计算中的一些特点。 2.1 非线性与线性计算结果随载荷的变化 首先，给出薄板尺寸、载荷。 模型尺寸：薄板尺寸为500×500×1.5mm。 载荷：受法向气动压力（pressure），气动压力由小到大变化依次为0.01MPa、0.02MPa、0.04MPa、0.08MPa、0.16MPa。 取薄板中央节点位移、应力及薄板边缘中部节点位移，比较线性计算结果和非线性计算结果。在分别进行有限元线性及非线性分析后，给出位移、应力及支反力结果随载荷的变化曲线。图1、图3、图5分别为采用限元线性计算得到的参考点的位移、应力及支反力变化曲线；图2、图4、图6分别为采用有限元非线性计算得到的参考点的位移、应力及支反力变化曲线。 由圖1、3、5可见，采用线性静力分析后，参考点位移、应力、支反力均随载荷增加而线性增大，位移、应力、支反力与载荷呈明显的线性关系，这是线性静力分析的特点。对于本例，可以预言，在其它条件不变的情况下，计算出一套载荷下的结果，就可以按照线性关系求出压力载荷下的位移、应力及支反力结果。
2013-08-29 17:31 by:有限元来源:广州有道有限元 1. 软件形式： ㈠. SolidWorks的内置形式： ◆COSMOSXpress——只有对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。 ㈡. SolidWorks的插件形式： ◆COSMOSWorks Designer——对零件或装配体的静态分析。 ◆COSMOSWorks Professional——对零件或装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试、优化、疲劳分析。 ◆COSMOSWorks Advanced Professional——在COSMOSWorks Professional的所有功能上增加了非线性和高级动力学分析。 ㈢. 单独发行形式： ◆COSMOS DesignSTAR——功能与COSMOSWorks Advanced Professional相同。 2. 使用FEA的一般步骤： FEA=Finite Element Analysis——是一种工程数值分析工具，但不是唯一的数值分析工具！其它的数值分析工具还有：有限差分法、边界元法、有限体积法… ①建立数学模型——有时，需要修改CAD几何模型以满足网格划分的需要， （即从CAD几何体→FEA几何体），共有下列三法： ▲特征消隐：指合并和消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。▲理想化：理想化是更具有积极意义的工作，如将一个薄壁模型用一个平面来代理（注：如果选中了“使用中面的壳网格”做为“网格类型”，COSMOSWorks会自动地创建曲面几何体）。 ▲清除：因为用于划分网格的几何模型必须满足比实体模型更高的要求。如模型中的细长面、多重实体、移动实体及其它质量问题会造成网格划分的困难甚至无法划分网格—这时我们可以使用CAD质量检查工具（即SW菜单: Tools→Check…）来检验问题所在，另外含有非常短的边或面、小的特征也必须清除掉（小特征是指其特征尺寸相对于整个模型尺寸非常小！但如果分析的目的是找出圆角附近的应力分布，那么此时非常小的内部圆角应该被保留）。 ②建立有限元模型——即FEA的预处理部分，包括五个步骤： ▲选择网格种类及定义分析类型（共有静态、热传导、频率…等八种类别）——这时将产生一个FEA算例，左侧浏览器中之算例名称之后的括号里是配置名称； ▲添加材料属性: 材料属性通常从材料库中选择，它不并考虑缺陷和表面条件等因素，与几何模型相比，它有更多的不确定性。
Ansys有限元分析实例[教学] 有限元分析案例:打点喷枪模组(用于手机平板电脑等电子元件粘接)，该产品主要是使用压缩空气推动模组内的顶针作高频上下往复运动，从而将高粘度的胶水从喷嘴中打出(喷嘴尺寸,0.007”)。顶针是这个产品中的核心零件，设计使用材料是:AISI 4140 最高工作频率是160HZ(一个周期中3ms开3ms关)，压缩空气压力3-8bar, 直接作用在顶针活塞面上，用Ansys仿真模拟分析零件的强度是否符合要求。 1. 零件外形设计图:
2. 简化模型特征后在Ansys14.0 中完成有限元几何模型创建:
3. 选择有限元实体单元并设定，单元类型是SOILD185，由于几何建模时使用的长度单位是mm, Ansys采用单位是长度:mm 压强: 3Mpa 密度:Ton/M。根据题目中的材料特性设置该计算模型使用的材料属性:杨氏模量 2.1E5; 泊松比:0.29; 4. 几何模型进行切割分成可以进行六面体网格划分的规则几何形状后对各个实体进行六面体网格划分，网格结果: 5. 依据使用工况条件要求对有限元单元元素施加约束和作用载荷:
说明: 约束在顶针底端球面位移全约束; 分别模拟当滑块顶断面分别以8Bar，5Bar，4Bar和3Bar时分析顶针的内应力分布，根据计算结果确定该产品允许最大工作压力范围。 6. 分析结果及讨论: 当压缩空气压力是8Bar时: 当压缩空气压力是5Bar时:
当压缩空气压力是4Bar时: 结论: 通过比较在不同压力载荷下最大内应力的变化发现，顶针工作在8Bar时最大应力达到250Mpa，考虑到零件是在160HZ高频率在做往返运动，疲劳寿命要求50百万次以上，因此采用允许其最大工作压力在5Mpa，此时内应力为156Mpa，按线性累积损伤理论[3 ]进行疲劳寿命L-N疲劳计算，进一部验证产品的设计寿命和可靠性。
微观经济学课程改革 微观经济学课程是一门理论性与实践性都较强的课程。微观经济学侧重于基本概念、基本图形、基本理论的教授，使学生对市场运行机制的一般原理和规范行为等方面的内容有比较全面的了解。通过本课程的学习，可以使学生掌握微观经济学的基本原理，并培养经济学直觉，培养运用基本的微观经济学方法分析现实经济问题的能力。在实际教学过程中，要精心设计教学内容，丰富教学手段，注重理论与实践相结合，从而提高微观经济学的教学质量。 《微观经济学》是高等院校经济类核心专业课程之一，对培养学生经济学思维和后续经济学课程的学习具有重要意义。该课程是一门理论性较强的课程，同时实践性也很强。微观经济学侧重于基本概念、基本图形、基本理论的教授，使学生对市场运行机制的一般原理和规范行为等方面的内容有比较全面的了解。通过本课程的学习，学生应掌握微观经济学的基本原理，并培养经济学直觉，运用基本的微观经济学方法分析现实经济问题的能力。但在实际教学过程中，如何让学生在有限的课时中将内容庞杂的微观经济学理论清晰、明确的掌握并做到学有所得就显得尤为重要。本文试图在对教学实践情况进行总结并分析的基础上，结合课程特点，对本科阶段的微观经济学教学改革做一些有益的探讨。 一、微观经济学课程的特点
(一)课程的系统性 高鸿业的《西方经济学—微观部分》(第5版)作为微观经济学的经典教材，十分适合本科生学习。该教材共有11章。首先简单介绍西方经济学，然后介绍了消费者理论，包括需求、供给理论、均衡价格和效用论，生产者理论，包括生产论和成本论。接下来讲述不同市场结构下生产者如何生产和定价，包括完全竞争市场和不完全竞争市场理论，以及生产要素的价格决定。最后，在介绍一般均衡的经济效率的基础上，重点分析了市场失灵和政府应如何行使职能避免这一情况。整个微观经济学理论条理清晰、逻辑严密，体现出很强的系统性和连贯性。 (二)理论的抽象性 作为经济学的基础课程，微观经济学对抽象思维有较高的要求。比如，在课程中广泛使用的弹性这一概念，学生在学习过程中就很难理解其含义且很容易混淆;此外，一些距离现实生活比较远的理论，如寡头垄断理论、市场失灵等在现实中也很难找到合适的案例来解释。再者，属于社会科学的微观经济学课程并非如自然科学一般可以在实验室再现，缺乏社会实践经验的学生对于理论的理解缺乏深度。
有限元知识点汇总 第一章 1、何为有限元法？其基本思想是什么？ 》有限元法是一种基于变分法而发展起来的求解微分方程的数值计算方法。 》基本思想：化整为零，化零为整 2、为什么说有限元法是近似的方法，体现在哪里？ 》有限元法的基本思想是几何离散和分片插值； 》用离散单元的组合来逼近原始结构，体现了几何上的近似；用近似函数逼近未知量在单元内的真实解，体现了数学上的近似；利用与问题的等效的变分原理建立有限元基本方程，又体现了明确的物理背景。 3、单元、节点的概念？ 》单元：把参数单元划分成网格，这些网格就称为单元。 》节点：网格间相互连接的点称为节点。 4、有限元法分析过程可归纳为几个步骤？ 》3大步骤；——结构离散化；——单元分析；——整体分析。 5、有限元方法分几种？本课程讲授的是哪一种？ 》有限元方法分3种；——位移法、力法、混合法。 》本课程讲授的：位移法 6、弹性力学的基本变量是什么？何为几何方程、物理方程及虚功方程？弹性矩阵的特点？》弹性力学的基本变量是——{外力、应力、应变、位移} 》几何方程——{描述弹性体应变分量与位移分量之间关系的方程} 》物理方程——{描述应力分量与应变分量之间的关系} 》虚功方程——{描述内力和外力的关系的方程} 》弹性矩阵特点——{ } 7、何为平面应力问题和平面应变问题？ 》平面应力问题——{满足（1）几何条件——所研究的是一根很薄的等厚度薄板，即一个方向上的几何尺寸远远小于其余两个面上的几何尺寸;（2）载荷条件——作用于薄板上的载荷平行于板平面且沿厚度方向均匀分布，而在两板面上无外力作用} 》平面应变问题——{满足（1）几何条件——所研究的是长柱体，即长度方向的尺寸远远大于横截面的尺寸，且横截面沿长度方向不变；（2）载荷条件——作用于长柱体结构上的载荷平行于横截面且沿纵向方向均匀分布，两端面不受力} 第二章 7、形函数的特点？ 》1形函数Ni再节点i处等于1，在其他节点上的值等于0，对于Nj、Nm也有同样的性质。》2在单元内任一点的各形函数之和等于1，即Ni+Nj+Nm=1 8、单元刚度矩阵的性质？ 》1 K^e中每个元素都有明确的物理意义，每个元素都是一个刚度系数，他是单位节点位移分量所引起的节点力分量 》2 k^e是对称矩阵，具有对称性。 》3 K^e的每一行或每一列元素之和为零，是奇异矩阵
《微观经济学》教学大纲 （Microeconomics） 课程代码：（06110170）学分： 3 总学时数：51理论时数：51实验（实践）时数： 先修课程：无开课对象：工商管理、电子商务、会计 一、课程的性质、目的与任务 1．课程的性质 微观经济学是经济类、管理类本科专业必修的基础课程和核心课程。 2．课程的目的 通过本课程的学习，使学生比较系统地掌握现代微观经济学的基本原理和主要方法，了解现代经济学发展的最新动态，联系实际，运用所学理论和方法分析当前国际经济和中国经济发展的重大问题，为继续学习其他经济和管理专业的基础课和专业课打下良好的基础，并为将来从事经济理论和政策研究或经济管理实际工作提供必要的经济学基础知识和经济分析的基本方法。 3．课程的任务 本课程的任务是使学生掌握微观经济学的基本概念、研究方法、基本理论模型和政策主张，了解现代经济社会市场机制的运行和作用，熟悉政府在市场经济中的作用和相应的微观经济政策。并能够将其运用于对现实问题的理解和分析，提出自己的观点并加以论证。 二、课程内容的基本要求 第一讲经济学十大原理（第一章） [教学目的和要求] 1．介绍经济学的研究对象和十大原理，并简要介绍经济学的基本发展脉络，使学生对经济学的研究对象、研究方法和研究内容先有大致的了解，引起学生学习经济学的兴趣。 2．要求学生掌握经济学研究的典型问题及提出的相应概念。 [教学内容] 1.1 人们如何作出决策 1.2 人们如何相互影响 1.3 整体经济如何运行 [教学重点与难点] 1．经济学的研究对象
2. 十大经济学原理之间的关系 [教学方法与手段] 1.制作内容丰富全面的课件 2.讲授为主，讨论为辅 第二讲像经济学家一样思考（第2章） [教学目的和要求] 1．理解并掌握经济模型的含义、构建过程和运用方法 2．明确经济学中实证分析与规范分析的联系与区别，并能够对各种不同的观点加以甄别。 [教学内容] 2.1作为经济学家的科学家 2.2作为政策顾问的经济学家 2.3经济学家意见分歧的原因 [教学重点与难点] 1.经济学研究的基本方法 2.构建经济模型的过程和步骤 3.如何运用实证分析和规范分析 [教学方法与手段] 1.制作内容丰富全面的课件 2.讲授为主，讨论为辅 3.当堂完成第一次作业 第三讲供给与需求的市场力量（第4章） [教学目的和要求] 1．掌握需求函数和供给函数 2．了解均衡价格的形成和变动 3．理解市场经济的价格机制
有限元法的基本思想及计算步骤 有限元法是把要分析的连续体假想地分割成有限个单元所组成的组合体，简称离散化。这些单元仅在顶角处相互联接，称这些联接点为结点。离散化的组合体与真实弹性体的区别在于：组合体中单元与单元之间的联接除了结点之外再无任何关联。但是这种联接要满足变形协调条件，即不能出现裂缝，也不允许发生重叠。显然，单元之间只能通过结点来传递内力。通过结点来传递的内力称为结点力，作用在结点上的荷载称为结点荷载。当连续体受到外力作用发生变形时，组成它的各个单元也将发生变形，因而各个结点要产生不同程度的位移，这种位移称为结点位移。在有限元中，常以结点位移作为基本未知量。并对每个单元根据分块近似的思想，假设一个简单的函数近似地表示单元内位移的分布规律，再利用力学理论中的变分原理或其他方法，建立结点力与位移之间的力学特性关系，得到一组以结点位移为未知量的代数方程，从而求解结点的位移分量。然后利用插值函数确定单元集合体上的场函数。显然，如果单元满足问题的收敛性要求，那么随着缩小单元的尺寸，增加求解区域内单元的数目，解的近似程度将不断改进，近似解最终将收敛于精确解。 用有限元法求解问题的计算步骤比较繁多，其中最主要的计算步骤为： 1）连续体离散化。首先，应根据连续体的形状选择最能完满地描述连续体形状的单元。常见的单元有：杆单元，梁单元，三角形单元，矩形单元，四边形单元，曲边四边形单元，四面体单元，六面体单元以及曲面六面体单元等等。其次，进行单元划分，单元划分完毕后，要将全部单元和结点按一定顺序编号，每个单元所受的荷载均按静力等效原理移植到结点上，并在位移受约束的结点上根据实际情况设置约束条件。 2）单元分析。所谓单元分析，就是建立各个单元的结点位移和结点力之间的关系式。现以三角形单元为例说明单元分析的过程。如图1所示，三角形有三个结点i，j，m。在平面问题中每个结点有两个位移分量u，v和两个结点力分量F x，F y。三个结点共六个结点位移分量可用列
有限元分析案例 图1 钢铸件及其砂模的横截面尺寸 砂模的热物理性能如下表所示: 铸钢的热物理性能如下表所示: 一、初始条件:铸钢的温度为2875o F，砂模的温度为80o F；砂模外边界的对流边界条件：对流系数0.014Btu/hr.in2.o F，空气温度80o F；求3个小时后铸钢及砂模的温度分布。 二、菜单操作: 1.Utility Menu>File>Change Title, 输入Casting Solidification; 2.定义单元类型:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete, Add, Quad 4node 55； 3.定义砂模热性能:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Isotropic,默认材料编号1, 在Density(DENS)框中输入0.054,在Thermal conductivity (KXX)框中输入0.025,在S pecific heat(C)框中输入0.28; 4.定义铸钢热性能温度表:Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Temp Dependent->Temp Table,输入T1=0,T2=2643, T3=2750, T4=2875; 5.定义铸钢热性能:Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Temp Dependent ->Prop Table, 选择Th Conductivity,选择KXX, 输入材料编号2,输入C1=1.44, C2=1.54, C3=1.22, C4=1.22,选择Apply,选择Enthalpy,输入C1=0, C2=128.1, C3=163.8, C4=174.2; 6.创建关键点:Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>Keypoints>In Active
第一章实体建模 第一节基本知识 建模在ANSYS系统中包括广义与狭义两层含义，广义模型包括实体模型和在载荷与边界条件下的有限元模型，狭义则仅仅指建立的实体模型与有限元模型。建模的最终目的是获得正确的有限元网格模型，保证网格具有合理的单元形状，单元大小密度分布合理，以便施加边界条件和载荷，保证变形后仍具有合理的单元形状，场量分布描述清晰等。 一、实体造型简介 1．建立实体模型的两种途径 ①利用ANSYS自带的实体建模功能创建实体建模： ②利用ANSYS与其他软件接口导入其他二维或三维软件所建立的实体模型。 2．实体建模的三种方式 (1)自底向上的实体建模 由建立最低图元对象的点到最高图元对象的体，即先定义实体各顶点的关键点，再通过关键点连成线，然后由线组合成面，最后由面组合成体。 (2)自顶向下的实体建模 直接建立最高图元对象，其对应的较低图元面、线和关键点同时被创建。 (3)混合法自底向上和自顶向下的实体建模 可根据个人习惯采用混合法建模，但应该考虑要获得什么样的有限元模型，即在网格划分时采用自由网格划分或映射网格划分。自由网格划分时，实体模型的建立比较1e单，只要所有的面或体能接合成一体就可以：映射网格划分时，平面结构一定要四边形或三边形的面相接而成。 二、ANSYS的坐标系 ANSYS为用户提供了以下几种坐标系，每种都有其特定的用途。 ①全局坐标系与局部坐标系：用于定位几何对象(如节点、关键点等)的空间位置。 ②显示坐标系：定义了列出或显示几何对象的系统。 ③节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。 ④单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。 1．全局坐标系 全局坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。在默认状态下，建模操作时使用的坐标系是全局坐标系即笛卡尔坐标系。总体坐标系是一个绝对的参考系。ANSYS提供了4种全局坐标系：笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系、Y-柱坐标系。4种全局坐标系有相同的原点，且遵循右手定则，它们的坐标系识别号分别为：0是笛卡尔坐标系(cartesian)，1是柱坐标系 (Cyliadrical)，2是球坐标系(Spherical)，5是Y-柱坐标系(Y-aylindrical)，如图2-1所示。
第9章非线性问题的有限单元法 9.1 非线性问题概述 前面章节讨论的都是线性问题，但在很多实际问题中，线弹性力学中的基本方程已不能满足，需要用非线性有限单元法。非线性问题的基本特征是变化的结构刚度，它可以分为三大类：材料非线性、几何非线性、状态非线性。 1. 材料非线性(塑性, 超弹性, 蠕变) 材料非线性指的是材料的物理定律是非线性的。它又可分为非线性弹性问题和非线性弹塑性问题两大类。例如在结构的形状有不连续变化（如缺口、裂纹等）的部位存在应力集中，当外载荷到达一定数值时该部位首先进入塑性，这时在该部位线弹性的应力应变关系不再适用，虽然结构的其他大部分区域仍保持弹性。 2. 几何非线性(大应变, 大挠度, 应力刚化) 几何非线性是有结构变形的大位移引起的。例如钓鱼杆，在轻微的垂向载荷作用下，会产生很大的变形。随着垂向载荷的增加，杆不断的弯曲，以至于动力臂明显减少，结构刚度增加。 3. 状态非线性(接触, 单元死活) 状态非线性是一种与状态相关的非线性行为。例如，只承受张力的电缆的松弛与张紧；轴承与轴承套的接触与脱开；冻土的冻结与融化。这些系统的刚度随着它们状态的变化而发生显著变化。 9.2 非线性有限元问题的求解方法 对于线性方程组，由于刚度方程是常数矩阵，可以直接求解，但对于非线性方程组，由于刚度方程是某个未知量的函数则不能直接求解。以下将简要介绍借助于重复求解线性方程组以得到非线性方程组解答的一些常用方法。 1.迭代法 迭代法与直接法不同，它不是求方程组的直接解，而是用某一近似值代人，逐步迭代，使近似值逐渐逼近，当达到允许的规定误差时，就取这些近似值为方程组的解。 与直接法相比，迭代法的计算程序较简单，但迭代法耗用的机时较直接法长。它不必存贮带宽以内的零元素，因此存贮量大大减少，且计算中舍入误差的积累也较小。以平面问题 为例，迭代法的存贮量一般只需直接法的14左右。在求解非线性方程组时，一般采用迭代 法。 2. 牛顿—拉斐逊方法 ANSYS程序的方程求解器计算一系列的联立线性方程来预测工程系统的响应。然而，非线性结构的行为不能直接用这样一系列的线性方程表示。需要一系列的带校正的线性近似来求解非线性问题。 一种近似的非线性救求解是将载荷分成一系列的载荷增量，即逐步递增载荷和平衡迭代。它可以在几个载荷步内或者在一个载荷步的几个子步内施加载荷增量。在每一个增量的
1.软件形式： ㈠. SolidWorks的内置形式： ◆COSMOSXpress——只有对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。 ㈡. SolidWorks的插件形式： ◆COSMOSWorks Designer——对零件或装配体的静态分析。 ◆COSMOSWorks Professional——对零件或装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试、优化、疲劳分析。 ◆COSMOSWorks Advanced Professional——在COSMOSWorks Professional的所有功能上增加了非线性和高级动力学分析。 ㈢. 单独发行形式： ◆COSMOS DesignSTAR——功能与COSMOSWorks Advanced Professional相同。 2.使用FEA的一般步骤： FEA=Finite Element Analysis——是一种工程数值分析工具，但不是唯一的数值分析工具！其它的数值分析工具还有：有限差分法、边界元法、有限体积法… ①建立数学模型——有时，需要修改CAD几何模型以满足网格划分的需要， （即从CAD几何体→FEA几何体），共有下列三法： ▲特征消隐：指合并和消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。▲理想化：理想化是更具有积极意义的工作，如将一个薄壁模型用一个平面来代理（注：如果选中了“使用中面的壳网格”做为“网格类型”，COSMOSWorks会自动地创建曲面几何体）。▲清除：因为用于划分网格的几何模型必须满足比实体模型更高的要求。如模型中的细长面、多重实体、移动实体及其它质量问题会造成网格划分的困难甚至无法划分网格—这时我们可以使用CAD质量检查工具（即SW菜单: Tools→Check…）来检验问题所在，另外含有非常短的边或面、小的特征也必须清除掉（小特征是指其特征尺寸相对于整个模型尺寸非常小！但如果分析的目的是找出圆角附近的应力分布，那么此时非常小的内部圆角应该被保留）。 ②建立有限元模型——即FEA的预处理部分，包括五个步骤： ▲选择网格种类及定义分析类型（共有静态、热传导、频率…等八种类别）——这时将产生一个FEA算例，左侧浏览器中之算例名称之后的括号里是配置名称； ▲添加材料属性: 材料属性通常从材料库中选择，它不并考虑缺陷和表面条件等因素，与几何模型相比，它有更多的不确定性。 ◇右键单击“实体文件夹”并选择“应用材料到所有”——所有零部件将被赋予相同的材料属性。 ◇右键单击“实体文件夹”下的某个具体零件文件夹并选择“应用材料到所有实体”——某个零件的所有实体(多实体)将被赋予指定的材料属性。 ◇右键单击“实体文件夹”下具体零件的某个“Body”并选择“应用材料到实体”——只有
板结构有限元分析实例详解1：带孔平板结构静力分析本节介绍带孔平板结构静力分析问题，同时介绍布尔操作的基本用法。 8.3.1 问题描述与分析 有孔的矩形平板，左侧边缘固定，长400mm，宽200 mm，厚度为10 mm，圆孔在板的正中心，半径为40 mm，左侧全约束，右侧边缘均布应力1MPa，如图8.7所示。求板的变形、位移及应力变化情况。（材料的材料属性为：弹性模量为300000 MPa，剪切模量为0.31。） 图8.7 带孔的矩形平板 由于小孔处边缘不规则，本文采用PLANE82高阶平面单元进行分析。 8.3.2 求解过程 8.3.2.1 定义工作目录及文件名 启动ANSYS Mechanical APDL Product Launcher窗口，如图8.8所示。在License下 拉选框中选择ANSYS Multiphysics产品，在Working Directory输入栏中输入工作目 录：C:\ANSYS12.0 Structural Finite Elements Analysis and Practice\Chapter 8\8-1，在Job Name一栏中输入工作文件名：Chapter8-1。以上参数设置完毕后，单 击Run按钮运行ANSYS。
图8.8 ANSYS设置窗口菜单 可以先在目标文件位置建立工作目录，然后单击Browse按钮选择工作目录；也 可以通过单击Browse按钮选择工作文件名。 8.3.2.2 定义单元类型和材料属性 选择Main Menu>Preferences命令，出现Preferences for GUI Filtering对话框， 如图8.9所示，在Individual discipline(s) to show in the GUI中勾选Structural，过滤掉ANSYS GUI菜单中与结构分析无关的选项，单击OK按钮关闭该对话框。 图8.9 Preferences for GUI Filtering对话框
****大学 教学大纲 课程代码： 课程名称：微观经济学 授课专业：金融学 授课教师： 职称/学位：副教授 开课时间：二○二○至二○二一学年第一学期《微观经济学》课程教学大纲
一、课程性质与设置目标要求 《西方经济学》是高等院校经济学和管理学两大一级学科下属各专业的专业核心基础课程，在专业课程体系中起承前启后的作用。内容较多，难度较大，是广大学生顺利完成经济学和管理学本科学业和今后继续深造的重要基础。其基本内容包括：微观经济学和宏观经济学两部分。微观经济学主要包括微观经济学概论，供求理论，消费理论，厂商理论，市场理论，分配理论，一般均衡理论，福利经济理论和市场失灵及政府的微观决策理论。运用马克思主义基本观点、立场和方法学习和理解各章节术语指标分析，熟练掌握思考和研究各类经济发展问题的基础和能力，并为进一步的理论学习打下扎实的专业基础。引入我国经济市场化改革和政府参与经济运行取得的成效，把社会主义核心价值观内容融入教学内容，开展课堂教学，增强学生对社会主义制度和国家经济政策实施的认同感，帮助树立学生民族自尊心和自豪感，增强作为社会主义爱国青年责任感、使命感，增强他们的凝聚力和向心力，并为进一步的理论学习打下扎实的专业基础，最终达到专业育人和育才的统一。 通过理论教学和实践活动，达到以下课程目标： 课程目标1：理解和掌握有关微观经济学的基本概念、基本理论和基本分析方法，了解微观经济学的基本架构和分析逻辑； 课程目标2：能够运用经济学原理观察、分析和解释现实生活中比较简单和典型的经济现象和问题；
课程目标3：初步培养学会运用微观经济学的基本方法、思维方式分析和解决我国市场经济运行中存在的各种经济问题的能力，为进一步学习其他专业知识打下一个坚实的基础。 课程目标4：使学生建立起微观经济学的基础知识框架，为进一步学习经济学及其相关课程提供必要的知识和能力储备 课程目标5：运用马克思主义基本观点、立场和方法学习和理解掌握课程内容重点，引入我国经济市场化改革和政府参与经济运行取得的成效，把社会主义核心价值观内容融入教学内容，开展课堂教学，增强学生对社会主义制度和国家经济政策实施的认同感，帮助树立学生民族自尊心和自豪感，增强他们的凝聚力和向心力。 学习本课程的要求是：（1）通过本课程的学习，使学生全面系统地把握微观经济学的总体内容、主要结论和应用条件；（2）了解市场经济运行的基本规律和微观经济主体的行为方式，认清市场机制和政府的作用及其局限；（3）运用马克思主义的基本立场、观点和方法正确地认识微观经济学，吸收微观经济学中科学的分析方法和对市场机制运行的正确看法；（4）培养学生分析问题、解决问题的能力和团结、协作的团队精神。（5）帮助学生树立民族自尊心和自豪感，增强他们的凝聚力和向心力。 选用教材：《西方经济学》上册．《西方经济学》编写组．高等教育出版社，2019年第2版。 二、课程教学环节及基本要求 教学进程安排表、课程教学详细内容与要求如下： 表1 教学进程安排表
1. 诉述有限元法的定义 答：有限元法是近似求解一般连续场问题的数值方法 2. 有限元法的基本思想是什么 答：首先，将表示结构的连续离散为若干个子域，单元之间通过其边界上的节点连接成组合体。其次，用每个单元内所假设的近似函数分片地表示求解域内待求的未知厂变量。 3. 有限元法的分类和基本步骤有哪些 答：分类：位移法、力法、混合法；步骤：结构的离散化，单元分析，单元集成，引入约束条件，求解线性方程组，得出节点位移。 4. 有限元法有哪些优缺点 答：优点：有限元法可以模拟各种几何形状复杂的结构，得出其近似解；通过计算机程序，可以广泛地应用于各种场合；可以从其他CAD软件中导入建好的模型；数学处理比较方便，对复杂形状的结构也能适用；有限元法和优化设计方法相结合，以便发挥各自的优点。 缺点：有限元计算，尤其是复杂问题的分析计算，所耗费的计算时间、内存和磁盘空间等计算资源是相当惊人的。对无限求解域问题没有较好的处理办法。尽管现有的有限元软件多数使用了网络自适应技术，但在具体应用时，采用什么类型的单元、多大的网络密度等都要完全依赖适用者的经验。 5. ?梁单元和平面钢架结构单元的自由度由什么确定 答：每个节点上有几个节点位移分量，就称每个节点有几个自由度 6. ?简述单元刚度矩阵的性质和矩阵元素的物理意义 答：单元刚度矩阵是描述单元节点力和节点位移之间关系的矩阵 单元刚度矩阵中元素aml的物理意义为单元第L个节点位移分量等于1，其他节点位移分量等于0时，对应的第m个节点力分量。 7. 有限元法基本方程中的每一项的意义是什么 答：整个结构的节点载荷列阵（外载荷、约束力），整个结构的节点位移列阵，结构的整体刚度矩阵，又称总刚度矩阵。 8. 位移边界条件和载荷边界条件的意义是什么 答：由于刚度矩阵的线性相关性不能得到解，从而引入边界条件。 9. ?简述整体刚度矩阵的性质和特点 答：对称性；奇异性；稀疏性；对角线上的元素恒为正。 11. 简述整体坐标的概念 答：单元刚度矩阵的坐标变换式把平面刚架的所有单元在局部坐标系X’Y’Z’下的单元刚度矩阵变换到一个统一的坐标系xOy下，这个统一的坐标系xOy称为整体坐标系。 13. 简述平面钢架问题有限元法的基本过程 答：力学模型的确定，结构的离散化，计算载荷的等效节点力，计算各单元的刚度矩阵，组集整体刚度矩阵，施加边界约束条件，求解降价的有限元基本方程，求解单元应力，计算结果的输出。 14. 弹性力学的基本假设是什么。 答：连续性假定，弹性假定，均匀性和各向同性假定，小变形假定，无初应力假定。 15.弹性力学和材料力学相比，其研究方法和对象有什么不同。 答：研究对象：材料力学主要研究杆件，如柱体、梁和轴，在拉压、剪切、弯曲和扭转等作用下的应力、形变和位移。弹性力学研究各种形状的弹性体，除杆件外，还研究平面体、空间体，板和壳等。因此，弹性力学的研究对象要广泛得多。研究方法：弹性力学和材料力学
非线性有限元分析 1 概述 在科学技术领域，对于许多力学问题和物理问题，人们已经得到了它们所应遵循的基本方程（常微分方程或偏微分方程）和相应的定解条件（边界条件）。但能够用解析方法求出精确解的只是少数方程性质比较简单，并且几何形状相当规则的问题。对于大多数工程实际问题，由于方程的某些特征的非线性性质，或由于求解区域的几何形状比较复杂，则不能得到解析的答案。这类问题的解决通常有两种途径。一是引入简化假设，将方程和几何边界简化为能够处理的情况，从而得到问题在简化状态下的解答。但是这种方法只是在有限的情况下是可行的，因为过多的简化可能导致误差很大甚至是错误的解答。因此人们多年来一直在致力于寻找和发展另一种求解途径和方法——数值解法。特别是五十多年来，随着电子计算机的飞速发展和广泛应用，数值分析方法已成为求解科学技术问题的主要工具。 已经发展的数值分析方法可以分为两大类。一类以有限差分法为代表，主要特点是直接求解基本方程和相应定解条件的近似解。其具体解法是将求解区域划分为网格，然后在网格的结点上用差分方程来近似微分方程，当采用较多结点时，近似解的精度可以得到改善。但是当用于求解几何形状复杂的问题时，有限差分法的精度将降低，甚至发生困难。 另一类数值分析方法是首先建立和原问题基本方程及相应定解条件相等效的积分提法，然后再建立近似解法并求解。如果原问题的方程具有某些特定的性质，则它的等效积分提法可以归结为某个泛函的变分，相应的近似解法实际上就是求解泛函的驻值问题。诸如里兹法，配点法，最小二乘法，伽辽金法，力矩法等都属于这一类方法。但此类方法也只能局限于几何形状规则的问题，原因在于它们都是在整个求解区域上假设近似函数，因此，对于几何形状复杂的问题，不可能建立合乎要求的近似函数。 1960年，R.W.CLOUGH发表了有限单元法的第一篇文献“The Finite Element Method in Plane Stress Analysis”，这同时也标志着有限单元法（FEM）的问世。有限单元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个，且按一定方式相互联接在一起的单元的组合体。由于单元能按不同的联结方式进行组合，且单元本身又可以有不同形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。并且可以利用在每一个单元假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数，从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。 现已证明，有限单元法是基于变分原理的里兹法的另一种形式，从而使里兹法分析的所有理论基础都适用于有限单元法，确认了有限单元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。利用变分原理建立有限元方程和经典里兹法的主要区别是有限单元法假设的近似函数不是在全求解域而是在单元上规定的，而且事先不要求满足任何边界条件，因此可以用来处理很复杂的连续介质问题。 在短短四十余年的时间里，有限单元的分析方法已经迅速地发展为适合于使用各种类型计算机解决复杂工程问题的一种相当普及的方法。如今，有限元广泛地应用于各个学科门类，已经成为工程师和科研人员用于解决实际工程问题，进行科学研究不可或缺的有力工具。有限单元法的应用围已由弹性力学平面问题扩展到空间问题，板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定问题，动力问题和波动问题。分析的对象从弹性材料扩展到塑性，粘弹性，粘塑性和复合材料等，从固体