有限元试题

一、填空题（每空3分共45分）1.有限元方法所处理的对象是任意变形体。

2．变形体的基本变量有位移速度应力，基本方程有平衡方程几何方程物理方程。

3.实现有限元分析标准化和规范化的载体就是单元4.参数单元的三种类型分别是等参元超参元亚参元5.由于差值阶次是由节点数量决定的，所以可由几何形状变换的节点数和位移差值函数的节点数直接判断参数单元的性质。

6.带宽是一个反映非零数据集中程度的指标。

二、选择题（每个5分，共30分）B1.有限元中的坐标系有整体坐标系和局部坐标系。

对于一个结构，整体坐标系一般只有_________；局部坐标系有_______。

A 一个，一个B 一个，多个C 多个，多个D 多个，一个B 2 等参变换是指单元坐标变换和函数插值采用______的结点和______的插值函数。

（A）不相同，不相同（B）相同，相同（C）相同，不相同（D）不相同，相同B 3 有限元位移模式中，广义坐标的个数应与___________相等。

（A）单元结点个数（B）单元结点自由度数（C）场变量个数C 4 采用位移元计算得到应力近似解与精确解相比较，一般___________。

（A）近似解总小于精确解（B）近似解总大于精确解（C）近似解在精确解上下震荡（D）没有规律C 5 对分析物体划分好单元后，__________会对刚度矩阵的半带宽产生影响。

（A）单元编号（B）单元组集次序（C）结点编号D 6．为了保证有限单元法解答的收敛性，位移函数应具备的条件是。

A. 位移函数必须能反映单元的刚体位移和常量应变；B. 位移函数必须能反映单元的刚体位移和单元间的位移连续性；C. 位移函数必须能反映单元的常量应变和单元间的位移连续性；D. 位移函数必须能反映单元的刚体位移和常量应变以及尽可能反映单元间的位移连续性。

三、简答题（25分）1.有限元方法分析的目的（9分）1)对变形体中的位移、应力、应变进行定义和表达，进而建立平衡方程、几何方程和物理方程。

有限单元法考试题及答案一、选择题1. 有限元法是一种用于求解偏微分方程的数值方法，其基本思想是将连续域离散化成有限个互不重叠的子域。

这种说法正确吗？A. 正确B. 错误答案：A2. 在有限元法中，单元的选取通常遵循以下哪个原则？A. 单元越小越好B. 单元越大越好C. 单元大小应根据问题的具体需求来确定D. 单元大小固定不变答案：C3. 有限元分析中，边界条件的处理方式不包括以下哪一项？A. 强制边界条件B. 自然边界条件C. 忽略边界条件D. 周期性边界条件答案：C4. 在有限元法中，下列哪个不是常用的单元类型？A. 三角形单元B. 四边形单元C. 六面体单元D. 圆形单元答案：D5. 有限元法中，形函数的作用是什么？A. 描述单元的几何形状B. 描述单元的物理属性C. 用于构建单元的局部刚度矩阵D. 用于描述单元内部的位移场答案：D二、简答题1. 简述有限元法的基本步骤。

答案：有限元法的基本步骤包括：定义问题域和边界条件，划分网格，选择单元类型，定义形函数，组装全局刚度矩阵，施加边界条件，求解线性方程组，提取结果。

2. 有限元法中，局部刚度矩阵是如何构建的？答案：局部刚度矩阵是通过单元的形函数和材料属性来构建的。

首先，根据单元的形函数和材料属性，计算单元的应变和应力。

然后，利用应变和应力，通过积分得到单元的局部刚度矩阵。

三、计算题1. 给定一个简单的一维弹性杆问题，其长度为L，两端固定，中间受力P。

请使用有限元法求解该杆的位移和应力分布。

答案：首先，将杆划分为若干个单元，每个单元的长度为Δx。

然后，为每个单元定义形函数，通常是线性形函数。

接着，根据形函数和材料属性（如杨氏模量E），构建每个单元的局部刚度矩阵。

将所有单元的局部刚度矩阵组装成全局刚度矩阵。

由于杆两端固定，边界条件为位移为零。

最后，将力P施加到中间节点，求解全局刚度矩阵对应的线性方程组，得到节点位移。

应力可以通过位移和形函数计算得到。

有限元考试题1、名词解释：剪应⼒互等定律：作⽤在两个互相垂直的⾯上并且垂直于该两⾯交线的剪应⼒是互等的。

(⼤⼩相等，正负号也相同)。

位移法：位移法是解决超静定结构最基本的计算⽅法。

虚功原理：弹性⼒学中的虚功原理可表达为：在外⼒作⽤下处于平衡状态的弹性体，如果发⽣了虚位移，那么所有的外⼒在虚位移上的虚功(外⼒功)等于整个弹性体内应⼒在虚应变上的虚功(内⼒功)圣维南原理：对于作⽤于物体局部边界上的⾯⼒⽤另⼀组与之静⼒等效（主⽮和主矩相等）并且作⽤于同⼀⼩块表⾯上的⼒系来代替，则在⼒系作⽤区域的附近，应⼒分布将有显著的改变，但在远处所受的影响可不计。

最⼩势能原理：在满⾜位移边界条件的所有可能位移中，实际发⽣的位移使弹性体的势能最⼩。

即对于稳定平衡状态，实际发⽣的位移使弹性体总势能取极⼩值。

显然，最⼩势能原理与虚功原理完全等价叠加原理：在线弹性(物理线性)和⼩变形（⼏何线性）情况下，作⽤于物体上⼏组荷载产⽣的应⼒和变形的总效应，等于每组荷载单独作⽤效应的总和。

位移模式: 按弹性⼒学位移法求近似解的思路，位移作为基本未知量时，需要对单元上位移的分布作出假设，即构造含待定参量的简单位移函数——位移模式。

形函数:等参元: 等参数单元（简称等参元）就是对单元⼏何形状和单元内的参变量函数采⽤相同数⽬的节点参数和相同的形函数进⾏变换⽽设计出的⼀种新型单元。

节点的⾃由度：节点所具有的位移分量的数⽬。

单元⾃由度: ⼀个单元所有节点的⾃由度总和称为单元⾃由度。

刚度集成法结构中的结点⼒是相关单元结点⼒的叠加，整体刚度矩阵的系数是相关单元的单元刚度矩阵系数的集成。

虚功等效：原单元载荷与等效节点载荷在单元任意虚位移上的虚功相等。

2、填空题1．有限元法的实质：将复杂的连续体划分为有限个简单的单元体，化⽆限⾃由度问题为有限⾃由度问题。

将连续场函数的（偏）微分⽅程的求解问题转化为有限个参数的代数⽅程组的求解问题。

2．弹性⼒学的基本假设：（1）(连续性)（2）均匀性（3）(各向同性)（4）完全弹性符合（1）-（4）假定的称为(理想弹性体)。

有限元复习一、选择题（每题1分，共10分）二、判断题（每空1分，共10分）三、填空题（每空1分，共10分）三、简答题（共44分）共6题四、综述题（共26分）两题一．基本概念1. 平面应力/平面应变问题；空间问题/轴对称问题；杆梁问题；线性与非线性问题平面应力问题（1） 均匀薄板（2）载荷平行于板面且沿厚度方向均匀分布在六个应力分量中，只需要研究剩下的平行于XOY 平面的三个应力分量，即x y xy yx σσττ=、、 （000z zx xz zy yz σττττ=====，，）。

一般0z σ=，z ε并不一定等于零，但可由x σ及y σ求得，在分析问题时不必考虑。

于是只需要考虑x y xy εεγ、、三个应变分量即可。

平面应变问题（1） 纵向很长，且横截面沿纵向不变。

（2）载荷平行于横截面且沿纵向均匀分布z yz zx εγγ===只剩下三个应变分量x y xy εεγ、、。

也只需要考虑x y xy σστ、、三个应力分量即可轴对称问题物体的几何形状、约束情况及所受外力都对称于空间的某一根轴。

轴对称单元的特点（与平面三角形单元的区别）：轴对称单元为圆环体，单元与单元间为节圆相连接；节点力与节点载荷是施加于节圆上的均布力；单元边界是一回转面；应变不是常量。

在轴对称问题中，周向应变分量θε是与r 有关。

板壳问题一个方向的尺寸比另外两个方向尺寸小很多，且能承受弯矩的结构称为板壳结构，并把平分板壳结构上下表面的面称为中面。

如果中面是平面或平面组成的折平面，则称为平板；反之，中面为曲面的称为壳。

杆梁问题杆梁结构是指长度远大于其横断面尺寸的构件组成的系统。

在结构力学中常将承受轴力或扭矩的杆件称为杆，而将承受横向力和弯矩的杆件称为梁。

平面（应力应变）问题与板壳问题的区别与联系平面应力问题是指很薄的等厚度薄板，只在板边上受有平行于板面并且不沿厚度变化的面力，同时，体力也平行于板面并且不沿厚度变化。

而平面应变问题是指很长的柱形体，在柱面上受有平行于横截面并且不沿长度变化的面力，同时体力也平行于横截面并且不沿长度变化。

有限元试题及答案一、选择题1.有限元分析是一种利用计算机数值方法进行结构分析的方法，下面哪个说法是正确的？A. 有限元分析对结构的约束条件没有要求B. 有限元分析只适用于静力分析C. 有限元分析可以用来研究结构的动力响应D. 有限元分析的计算结果一定是精确的答案：C2.有限元法的基本步骤包括以下几个环节：I. 离散化II. 单元划分III. 节点连接IV. 计算材料性质V. 施加边界条件VI. 构建刚度矩阵和载荷向量VII. 求解节点位移和应力VIII. 后处理与结果分析请问选择项中正确的顺序是：A. IV – I – II – III – V – VI – VII – VIIIB. I – II – III – IV – V – VI – VII – VIIIC. II – III – V – IV – VI – I – VII – VIIID. I – III – II – IV – V – VI – VII – VIII答案：B3.在有限元分析中，单元是指将结构划分为有限个小单元来近似表示结构的方法。

下面哪个选项给出了常用的结构单元类型？A. 三角形单元，四面体单元，六面体单元B. 矩形单元，六面体单元，圆形单元C. 圆形单元，矩形单元，六面体单元D. 四面体单元，矩形单元，三角形单元答案：D二、填空题1.有限元分析中，刚度矩阵的计算需要根据单元的_________和材料的_________计算得到。

答案：几何形状，物理性质2.有限元法最常用的数学插值函数是_________函数。

答案：形函数3.在有限元分析中，自由度是指结构中的每个_________未知量。

答案：位移三、计算题1.给定如图所示的二维结构，使用有限元法进行分析。

假设结构材料为线性弹性材料，其杨氏模量为200 GPa，泊松比为0.3。

结构整体尺寸为5m x 3m，单元尺寸为1m x 1m。

分析载荷为2000 N，施加在结构的中心节点上。

e an dAl l t h i ng si nt he i rb ei n ga re go o2. 如图2所示，有一正方形薄板，沿对角承受压力作用，厚度t=1m ，载荷F=20KN/m ，设泊松比µ=0，材料的弹性模量为E ，试求它的应力分布。

（15分）图23. 图示结点三角形单元的124边作用有均布侧压力q ，单元厚度为t ，求单元的等效结点荷载。

图3图1一、简答题1. 答：1）合理安排单元网格的疏密分布2）为突出重要部位的单元二次划分3）划分单元的个数4）单元形状的合理性5）不同材料界面处及荷载突变点、支承点的单元划分6）曲线边界的处理，应尽可能减小几何误差7）充分利用结构及载荷的对称性，以减少计算量2. 答：形函数应满足的三个条件：a.必须能反映单元的刚体位移，就是位移模式应反映与本单元形变无关的由其它单元形变所引起的位移。

b.能反映单元的常量应变，所谓常量应变，就是与坐标位置无关，单元内所有点都具有相同的应变。

当单元尺寸取小时，则单元中各点的应变趋于相等，也就是单元的形变趋于均匀，因而常量应变就成为应变的主要部分。

c.尽可能反映位移连续性；尽可能反映单元之间位移的连续性，即相邻单元位移协调。

3. 答：含义：所谓的等参数单元，就是在确定单元形状的插值函数和确定单元位移场的插值函数中采用了完全相同的形函数。

意义：构造出一些曲边地高精度单元，以便在给定地精度下，用数目较少地单元，解决工程实际地具体问题。

4. 答：有限单元法是基于变分原理的里兹（Ritz）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子有限单元法，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，面且事先不要求满足任何边界条件，因此它可以用来处理很复杂的连续介质问题。

有nl⎥⎦⎤⎢⎣⎡5.0025.025.011212－－－＝＝E k k ⎥⎦⎤⎢⎣⎡5.0025.0011313－＝＝E k k ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡5.125.025.05.125.0005.05.00025.075.025.025.075.032222212222E E E E k k k k ＋＝＋＋＝⎥⎦⎤⎢⎣⎡----=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+⎥⎦⎤⎢⎣⎡---5.025.025.0125.025.005.025.0025.05.032312323E E E k k k ＝＋＝⎥⎦⎤⎢⎣⎡---5.0025.025.022424E k k ＝＝⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡025.025.00025.0000025.0032522525E E E k k k ＝＋＝⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡5.125.025.05.15.00025.075.025.025.075.025.0005.043333313333E E E E k k k k ＝＋＋＝⎥⎦⎤⎢⎣⎡----=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+⎥⎦⎤⎢⎣⎡---125.025.05.05.0025.025.05.025.0025.043533535E E E k k k ＝＋＝⎥⎦⎤⎢⎣⎡0025.0043636E k k ＝＝⎥⎦⎤⎢⎣⎡75.025.025.075.024444E k k ＝＝⎥⎦⎤⎢⎣⎡---25.0025.05.024545E k k ＝＝ ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡5.125.025.05.175.025.025.075.05.00025.025.0005.045535525555E E E E k k k k ＝＋＋＝⎥⎦⎤⎢⎣⎡---25.0025.05.045656E k k ＝＝⎥⎦⎤⎢⎣⎡25.0005.046666E k k ＝＝把上面计算出的，…，对号入座放到总刚矩阵中去，于是得到11k 66k []K的具体表达式。

有限元期末考试题及答案一、选择题1. 有限元方法是一种数值分析方法，主要用于求解什么类型的数学问题？A. 线性代数方程B. 微分方程C. 积分方程D. 代数方程答案：B2. 在有限元分析中，单元的划分是基于什么原则？A. 单元数量B. 单元形状C. 问题域的几何特性D. 计算资源答案：C3. 下列哪项不是有限元分析中常用的单元类型？A. 三角形单元B. 四边形单元C. 六面体单元D. 圆形单元答案：D二、填空题4. 有限元方法中，______是指将连续的物理域离散成有限数量的小区域，这些小区域称为单元。

答案：离散化5. 在进行有限元分析时，通常需要定义材料属性，包括______、密度和弹性模量等。

答案：泊松比三、简答题6. 简述有限元方法的基本步骤。

答案：有限元方法的基本步骤包括：定义问题域、离散化问题域、选择单元类型、定义材料属性、构建全局刚度矩阵、施加边界条件、求解线性代数方程、提取结果。

7. 解释什么是有限元分析中的收敛性，并说明影响收敛性的因素。

答案：收敛性是指随着单元数量的增加，有限元分析结果逐渐接近真实解的性质。

影响收敛性的因素包括单元的类型、形状、大小以及网格的布局等。

四、计算题8. 假设有一个长度为2米的杆，两端固定，中间施加了一个向下的力F=1000N。

如果杆的材料是钢，其弹性模量E=210 GPa，泊松比ν=0.3，请计算杆的弯曲位移。

答案：首先，根据Euler-Bernoulli梁理论，可以写出弯曲位移的方程为：\[ w(x) = \frac{F}{384EI} L^3 \]其中，\( w(x) \) 是位移，\( F \) 是施加的力，\( L \) 是杆的长度，\( E \) 是弹性模量，\( I \) 是截面惯性矩。

对于一个矩形截面，\( I \) 可以表示为：\[ I = \frac{bh^3}{12} \]假设杆的截面宽度为b，高度为h，代入上述公式，可以计算出位移。

有限元试题及答案一、选择题1. 有限元法是一种数值方法，主要用于求解什么类型的数学问题？A. 线性代数方程B. 微分方程C. 积分方程D. 偏微分方程答案：D2. 在有限元分析中，以下哪项不是网格划分的基本原则？A. 网格应尽量均匀B. 网格应避免交叉C. 网格应尽量小D. 网格应适应几何形状答案：C3. 有限元方法中，单元的局部刚度矩阵可以通过以下哪种方式获得？A. 直接积分B. 矩阵乘法C. 线性插值D. 经验公式答案：A二、填空题1. 有限元方法中，______ 是指将连续的域离散化成有限数量的小单元。

答案：离散化2. 在进行有限元分析时，______ 是指在单元内部使用插值函数来近似求解场变量。

答案：近似3. 有限元法中，______ 是指在单元边界上满足的连续性条件。

答案：边界条件三、简答题1. 简述有限元法的基本步骤。

答案：有限元法的基本步骤包括：（1）定义问题域；（2）离散化问题域，生成网格；（3）为每个单元定义局部坐标系和形状函数；（4）组装全局刚度矩阵和载荷向量；（5）施加边界条件；（6）求解线性代数方程；（7）提取结果并进行后处理。

2. 描述有限元分析中的单元类型有哪些，并简述每种单元的特点。

答案：常见的单元类型包括：（1）一维单元，如杆单元和梁单元，特点是沿一个方向传递力；（2）二维单元，如三角形和四边形单元，特点是在平面内传递力；（3）三维单元，如四面体和六面体单元，特点是在空间内传递力。

每种单元都有其特定的形状函数和刚度矩阵。

四、计算题1. 给定一个简单的一维弹性杆问题，其长度为L，两端固定，中间施加集中力P。

使用有限元法求解该杆的位移和应力分布。

答案：首先，将杆离散化为一个单元。

使用一维杆单元的局部刚度矩阵和形状函数，可以推导出全局刚度矩阵。

然后，施加边界条件，即杆的两端位移为零。

最后，将集中力P转换为等效节点载荷，求解线性代数方程，得到节点位移。

应力可以通过位移和杆的截面特性计算得出。

例 8-1：E ，A ，L ，s σ 杆I 弹塑性； 杆II 弹性。

求s AF σ3=下2点位移。

解：（1）理论解在荷载s A F σ3=作用下，杆I 屈服而有内力（拉力）S A N σ=1，杆II 内力（压力）为s II A N σ2=，中点2位移δ取决于杆II 的变形，即*===∆=δσσδ22)2(EL AE L A l S S II式中E Ls σδ=*（屈服位移）（2）直接迭代法杆I 和杆II 的刚度分别为⎩⎨⎧=**≤〉)()(δδδδδσL EAAI S k L EA k II =①迭I 迭代步迭代从*=δδ0开始，这时有L EAk k K II I 20=+=*-====δσσδ5.15.123101EL L EA A F K S S②第2迭代步杆I 进入塑性，有L EA A k s I 67.01==δσ杆Ⅱ完全弹性，刚度不变。

因此，总刚为L EAk k K II I 67.11=+=*-====δσσδ8.18.167.13112E L LEA A F k S s 整个迭代过程见表8-1。

表8-1 直接迭代法各次迭代结果(3)切线刚度法杆Ⅰ和杆Ⅱ的切线刚度分别为⎩⎨⎧=**≤〉)()(0δδδδLEAI k L EA k II =①第1迭代步初始状态时，00=δ，杆Ⅰ，Ⅱ中应力、应变均匀为零。

总刚为：L EAk k K T TI T 21=+=由F K T -=δψ，得S A σψ30-=由n Tn n K ψδ1--=∆得，*=--=∆δσδ5.1)3(10S A L由式n n n δδδ∆+=+1得，s δδ5.11=杆中应力：S SI σσσσ5.111-==杆中内力：S SI A N A N σσ5.111-==②第2迭代步由于杆I 已进入塑性，杆Ⅱ仍处弹性，总刚：L EAk k K TIITI T =+=2由F K T -=δψ，得S S S A A A σσσψ5.035.21-=-=由n Tn n K ψδ1--=∆得，*=--=∆δσδ5.0)5.0(11S A LEA由式n n n δδδ∆+=+1得，*=∆+=σδδδ0.2112杆中应力：S II SI A N A N σσ0.222-==检验F K T -=δψ，有030.32=-=S S A A σσψ迭代平衡。

一、填空（共10个空，每空2分，共20分）11、有限元法是近似求解连续场问题的数值方法。

2、有限元法将连续的求解域离散，得到有限个单元，单元和单元之间用节点相连。

3、直梁在外力作用下，横截面上的内力有剪力和弯矩两个。

4、平面刚架结构在外力作用下，横截面上的内力有剪力、弯矩和轴力。

5、进行直梁的有限元分析，梁单元上每个节点的节点位移为挠度和转角。

、平面刚架结构中，已知单元e的坐标变换矩阵[T e]及局部坐标系x´O´y ´下的单元刚度矩阵[K´]e，则单元在整体坐标系xOy下的单元刚度矩阵为 P31 。

7、平面刚架结构中，已知单元e的坐标变换矩阵[T e]及整体坐标系xOy下的单元节点力矩阵{p}e，则单元在局部坐标系x´O´y´下的单元节点力矩阵为 P30 。

8、在弹性范围和小变形的前提下，节点力和节点位移之间是线性系。

9、弹性力学问题的方程个数有 15个，未知量个数有 15 个。

10、弹性力学平面问题的方程个数有个，未知量个数有个。

11、把经过物体内任意一点各个截面的应力状况叫做一点的应力状态。

12、形函数在单元节点上的值，具有本点为 1 、它点为零的性质，并且在三角形单元的任一节点上，三个形函数之和为 1 。

13、形函数是定义于元内部坐标连续函数。

14、在进行节点编号时，要尽量使同一单元的相邻节点的号码差尽可能小，以便最大限度地缩小刚度矩阵带宽，节省存储、提高计算效率。

15、三角形单元的位移模式为。

16、矩形单元的位移模式为。

17、在选择多项式位移模式的阶次时，要求所选的位移模式应该与局部坐标系的方位无关，这一性质称为几何各向同性。

18、单元刚度矩阵描述了节点力和节点位移之间的关系。

19、在选择多项式作为单元的位移模式时，多项式阶次的确定，要考虑解答的收敛性，即要满足单元的完备性和协调性的要求。

20、三节点三角形单元内的应力和应变是常数，四节点矩形单元内的应力和应变是线性变化的。

有限元期末考试试题一、选择题（每题2分，共20分）1. 在有限元分析中，单元的刚度矩阵通常通过以下哪种方式计算？A. 直接积分B. 线性插值C. 经验公式D. 试验数据2. 以下哪个选项不是有限元分析中的边界条件？A. 固定边界B. 自由边界C. 周期边界D. 热边界3. 有限元方法中，节点的自由度数量取决于什么？A. 单元类型B. 材料属性C. 几何形状D. 载荷类型4. 在进行热传导问题的有限元分析时，以下哪个方程是正确的？A. 牛顿第二定律B. 热平衡方程C. 动量守恒定律D. 质量守恒定律5. 以下哪个不是有限元分析中常用的单元类型？A. 四节点矩形单元B. 三角形单元C. 六面体单元D. 八节点等参单元二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述有限元方法的基本步骤，并举例说明其在工程中的应用。

2. 解释什么是等参单元，并说明它在有限元分析中的重要性。

3. 描述在有限元分析中如何处理非线性问题，并给出一个具体的例子。

三、计算题（每题25分，共50分）1. 给定一个由四个节点构成的二维平面应力问题，节点坐标如下：节点1: (0, 0)节点2: (1, 0)节点3: (1, 1)节点4: (0, 1)已知材料的弹性模量E=210 GPa，泊松比ν=0.3。

若在节点1和节点3上施加单位力（1 N），试求该结构的位移场和应力场。

2. 考虑一个长方体热传导问题，其尺寸为Lx=0.5m，Ly=0.3m，Lz=0.2m。

该长方体的热导率为k=50 W/m·K，初始温度分布为T(x, y, z, 0) = 300 K。

若在x=0和x=Lx的面上施加恒定的边界温度T=400 K，试求经过时间t=10s后长方体内部的温度分布。

四、论述题（共30分）1. 论述有限元分析在结构优化设计中的作用，并讨论其在现代工程设计中的重要性。

判断题1.单元刚度矩阵是奇异的，其行列式等于零。

1单元刚度矩阵一定是奇异的，其矩阵行列式等于零。

1.单元刚度矩阵一定是方阵。

2.等参元是指单元坐标变换和函数插值采用相同的结点和相同的插值函数。

3.对三角形单元来说，节点数目越多，精度越高。

4.对四边形单元来讲，节点数目越多，精度越高5.后处理法得到的总体刚度矩阵较前处理法大。

6.矩形单元是常应力单元，在单元内部各点的应力相等。

7.可以利用虚功原理或几何法推到单元刚度矩阵。

8.可以利用虚功原理推到单元刚度矩阵。

9.利用矩形单元求解平面应变问题和平面应力问题。

10.利用矩阵位移法求解连续梁得到的一定是精确解。

11.利用矩阵位移法求解平面刚架得到的一定是精确解。

12.利用矩阵位移法求解平面刚架得到的一定可以得到精确解。

13.平面桁架平行移动而不转动，单元刚度矩阵要发生改变。

14.平面桁架单元旋转后，整体坐标系下的单元刚度矩阵要改变。

15.三角形单元中其面积坐标的值与三结点三角行单元的结点形函数值相等。

16.四边形等参单元的jacobi行列式是常数。

17.一般应力变化大的地方单元尺寸要划的小才好。

18.三角形六节点单元的单元刚度矩阵为12*12阶的。

19.三角形六节点单元的单元刚度矩阵为6X6阶的。

选择题1.n个积分点的高斯积分的精度可达到2n阶。

2.单元刚度方程是表示一个单元的结点外力和结点位移的相互关系。

3.对称荷载在对称面上引起的反对称位移的分量为零4.对分析物体划分好单元后，节点编号会对单元刚度矩阵的半宽带产生影响。

5.根据反力互等定理得到单元刚度矩阵是对称的。

6.空间刚架单元的单元刚度矩阵12*12 阶的。

7.空间问题的八结点六面体单元其单元刚度矩阵是24*24阶的。

8.利用矩阵位移法求解平面桁架，得到的是精确解。

9.利用四边形单元求解应力应变问题，得到的是近似解。

10.平面刚架单元其单元刚度矩阵是对称，奇异的。

11.平面刚架单元其单元刚度矩阵是6*6 阶的。

一。

简答题：1.轴对称体上作用正对称形式的载荷时，沿坐标,,r z θ的三个分量(,,)r P r z θ，z (,,)P r z θ和(,,)P r z θθ有何特点？（P85）(,,)r P r z θ和z (,,)P r z θ是偶函数，傅里叶级数展开式中不含sin k θ，(,,)P r z θθ是奇函数，傅里叶级数展开式中不含cos k θ。

2.某单元的节点上，既有位移自由度又有转动自由度，试述此单元的协调性要求？（P27） 在交界面上满足变形协调条件，变形后既不分裂，也不重叠，从而保证了整个结构的位移连续。

3.用泛函变分求解弹性力学的场问题时，为什么只需要考虑几何边界条件？（P179） 泛函求极值与求满足位移及力边界条件的平衡方程的解是完全等价的。

利用变分求解只需要满足位移边界条件，而力边界条件是在求解泛函的极值中自动满足的。

4.写出用位移梯度表示的格林应变张量和阿尔曼西应变张量，并证明他们的参考变形？（P201）格林应变张量1=+2j i k k ij j i i j u u u u E x x x x ∂∂∂∂∂∂∂∂（+） 阿尔曼西应变张量1=+2j i k k ij j i i ju u u u e x x x x ∂∂∂∂∂∂∂∂（-） 5.写出接触问题中的运动学条件和动力学条件？（P225）运动学条件：满足不可贯穿条件，对于两个接触物体，可表示为0ABV V ⋂=动力学条件:要求连个物体接触面的合力为零0ABq q += 二、三角形单元的位移为：012012(cos 1)(sin )(sin )(cos 1)u u x x v v x x θθθθ=+-+-=++-式中0u 和0v 分别为1x 和2x 方向的刚体位移，θ为逆时针绕原点的刚体转角。

计算单元的柯西应变和格林应变。

证明此位移为刚体运动。

（P201） 解：柯西应变:11=cos 1u x εθ∂=-∂，22=cos 1v x εθ∂=-∂，12212=+sin sin 0u v x x εθθ∂∂=-+=∂∂ 格林应变：1111111111=+(cos 1cos 1(cos 1)(cos 1)sin sin )022u u u u v v E x x x x x x θθθθθθ∂∂∂∂∂∂+-+-+--+=∂∂∂∂∂∂（+）=122121121211==+(sin sin (cos 1)(sin )sin (cos 1))022u v u u v v E E x x x x x x θθθθθθ∂∂∂∂∂∂+-++--+-=∂∂∂∂∂∂（+）=2222222211=+(cos 1cos 1(cos 1)(cos 1)sin sin )022v v u u v v E x x x x x x θθθθθθ∂∂∂∂∂∂+-+-+--+=∂∂∂∂∂∂（+）=三 周向有集中载荷作用的悬臂梁，弯曲刚度为EI ，（1）建立梁的总势能表达式，（2）假定瑞利-里茨能为2323w C x C x =+，计算梁的挠度表达式。

有限元考试试题一、选择题（每题5分，共30分）1、在有限元分析中，我们通常使用什么方法来求解偏微分方程？A.积分法B.差分法C.有限差分法D.有限元法2、下列哪个不是有限元法的优点？A.可以处理复杂几何形状B.可以处理非线性问题C.可以处理大规模问题D.可以处理不稳定问题3、在有限元分析中，我们通常将连续的物理场离散化为一系列的什么？A.有限个点B.无限个小段C.有限个小段D.无限个点4、下列哪个不是有限元分析的基本步骤？A.划分网格B.建立模型C.执行计算D.编写代码5、在有限元分析中，我们通常使用什么来描述物理场的性质？A.偏微分方程B.泛函方程C.常微分方程D.边界条件6、下列哪个不是有限元分析的应用领域？A.结构分析B.流体动力学C.电磁学D.社会科学二、填空题（每题10分，共40分）7、______是一种将连续的物理场离散化为一系列有限个点的方法，是有限元分析的基础。

8、在有限元分析中，我们通常使用______来对物理场进行离散化处理。

9、______是一种求解偏微分方程的数值方法，广泛应用于有限元分析。

10、在有限元分析中，我们通常使用______来描述物理场的性质。

三、解答题（每题20分，共60分）11、请简述有限元分析的基本步骤，并解释其在结构分析中的应用。

12、请说明在有限元分析中，如何处理边界条件，并举例说明。

13、请简述有限元分析的优点和局限性。

有限空间培训考试试题及答案一、选择题1、在有限空间内，以下哪个行为是危险的？A.带压操作B.穿著宽松衣服C.使用电动工具D.所有上述答案：D.所有上述。

在有限空间内，带压操作、穿著宽松衣服和使用电动工具都是危险的。

2、当进入有限空间前，应该进行哪项操作？A.排放内部气体B.测试内部气体C.对内部进行冲洗D.所有上述答案：D.所有上述。

在进入有限空间前，应该进行排放内部气体、测试内部气体并对内部进行冲洗。

3、有限空间内的危险因素不包括以下哪个？A.缺氧B.有毒气体C.电击D.所有上述答案：C.电击。

1.有限元法是近似求解（连续）场问题的数值方法。

2.有限元法将连续的求解域（离散化），得到有限个单元，单元和单元之间用（节点）相连。

3.从选择未知量的角度来看，有限可分为三类（位移法）（力法）（混合法）。

4.以（节点位移）为基本未知量的求解方法称为位移法。

5.以（节点力）为基本未知量求解方法为力法。

6.一部分以（节点位移），另一部分以（节点力）为基本未知量的求解方法为综合法。

7.直梁在外力作用下，横截面上的内力有（剪力Q）和（弯矩M）两个。

8.平面钢架结构在外力作用下，横截面上内力有（轴力T）（剪力Q）（弯矩M）。

9.进行质量的有限元分析，梁单位上每个节点的节点位移为（挠度）和（转角）10.进行平面钢架结构的有限元分析。

平面钢架单元上每个节点的节点位移为（轴向位移）（横向桡度）和（截面转角）10.平面钢架结构中，已知单元e的坐标变换矩阵[Te]及局部坐标系x’O’y’下的单元刚度矩阵【k’】e,则单元在整体坐标系xOy下的单元刚度矩阵为（【K】e=【T e】【K’】e【T e】）11.平面钢架结构中，已知单元e的坐标变换矩阵【Te】及整体坐标系xOy下的单元？？12.在弹性范围和小变形的前提下，节点力和节点位移之间是（线性）关系13.弹性力学问题的方程个数有（15）个，未知量个数有（15）个14.弹性力学平面问题的方程个数有（8）个，未知量个数有（8）个15.几何方程是研究（正应变）和（位移）之间关系的方程16.物理方程是描述（应力）和（应变）关系的方向17.平衡方程反应了（应力）和（体力）之间关系的18.把经过物体内任意一点各个（截面）上的应力状况叫做（一点）的应力状态19.形函数在单元节点上的值，具有本点为（一），它点为零的性质，并且在三角形单元的任一节点上，三个形函数之和为（一）20.形函数是（三角形）单元内部坐标的（线性位移）函数，它反应了单元的（位移）状态21.位移模式已知时，形函数由（面积）确定22.在进行节点编号时，要尽量使用同一单元的相邻节点的（狭长的带状）尽可能小，以便最大限度的缩小刚度矩阵带宽，节省存储，提高计算效率23.三角形单元的位移模式为（线性位移模式）24.矩形单元的位移模式为（双线性位移模式）25.在选择多项式位移模式的阶次时，要求（所选的位移模式）与局部坐标系的方位无关的性质成为（几何）各向同性26.单元刚度矩阵描述了（节点力）和（节点位移）之间的关系27.整体刚度矩阵描述了（节点载荷）和（节点位移）之间的关系28.在选择多项式作为单元的位移模式时，多项式阶次的确定，要考虑解答收敛性，即要满足单元的（完备性）和（协调性）要求29.三节点三角形单元内的应力和应变是（常数），四节点矩阵单元内的应力和应变是（线性）变化的30.在矩形单元的边界上，位移是（线性）变化的31.整体刚度矩阵是一个呈（狭长的带状）分布的稀疏矩阵32.整体刚度矩阵[k]是一个奇异阵，在排除（刚体位移）后，它是正义阵。

一、名词解释1、单元：在有限元中将这些简单形状的单元体称为单元。

2、节点：把单元与单元之间设置的相互连接点，称为节点。

3、圣维南原理的描述是：如果把物体的一小部分边界的面力，变换为分布不同但静力等效的面力（主矢量相同，对于同一点的主矩也相同），那么，近处的应力分布将有显著的改变，但是远处所受的影响可以不计。

4、系统的能量极值原理指出：在所有满足内部连续条件和运动学边界条件的位移中，满足平衡方程的位移使系统的总势能取驻值。

5、等效节点力：作业在物体上的各种外力也必须用作用在节点上的力表示，这一过程称为外力的静力等效移置，所得到的节点力称为等效节点力。

6、完备单元：在有限单元法中，把能够满足位移模式必须包含单元的刚体位移和位移模式必须包含单元的常应变的单元，称为完备单元。

7、协调单元：满足位移模式在单元内要连续、且在相邻单元之间的位移必须协调的单元称为完备单元或保续单元。

8、不满足位移模式在单元内要连续、且在相邻单元之间的位移必须协调的单元称为不协调单元。

9、满足6，不满足7的单元称为完备不协调单元。

二、填空1、在单元的公共边界上应力和应变的值将会有突变，但位移却是连续的。

2、（空间轴对称）刚度矩阵常采用三种办法进行计算：显示积分、数值积分、简单的近似积分。

3、形函数在各单元节点上的值，具有“本点是1、它点为零”的性质。

4、有限元由单元和节点组成。

5、单元的刚度矩阵取决于单元的形状、大小、方向和弹性系数，而与单元的位置无关，即不随单元或坐标轴的平行移动而改变。

三、判断四、简答1、弹性力学的5个基本假设？答：假定物体是连续的、假定物体是完全弹性的、假定物体是均匀的、假定物体是各向同性的、假定位移和形变是微小的。

2、弹性力学的三类方程和两个条件？答：三类方程：平衡方程、几何方程、本构方程两个条件：变形协调条件、边界条件3、有限元法的基本步骤？答：结构离散化、单元分析、整体分析4、平面应力与平面应变的区别？答：（1）平面应力几何特征：一个方向的尺寸比另两个方向的尺寸小得很多；受力特征：外力和约束，仅平行于板面作用，沿z方向不变化；（二维）应力特征：有三个应力分量，即是三维的。