有限元复习题有限元复习题有限元方法是一种用于求解实际工程问题的数值计算方法。
它通过将复杂的连续体划分为有限数量的小单元，然后在每个小单元内进行数值计算，最终得到整个连续体的近似解。
在实际工程中，有限元方法被广泛应用于结构力学、流体力学、热传导等领域。
在复习有限元方法时，我们可以通过一些典型的问题来加深对该方法的理解和应用。
下面我将给出一些复习题，希望能帮助大家更好地掌握有限元方法的基本原理和解题技巧。
1. 一维热传导问题考虑一根长度为L的杆，两端固定，初始时整个杆的温度均匀为T0。
设杆的热导率为k，热扩散系数为α，求解杆上任意点x处的温度分布。
2. 二维弹性力学问题考虑一个矩形薄板，边界上固定，受到均匀分布的载荷。
假设薄板材料的弹性模量为E，泊松比为ν，求解薄板上任意点的位移和应力分布。
3. 三维流体力学问题考虑一个流体在三维空间中的流动问题，假设流体的密度为ρ，粘性系数为μ，流体受到外力的作用。
求解流体中任意点的速度和压力分布。
以上三个问题是有限元方法常见的应用场景，通过对这些问题的复习，我们可以熟悉有限元方法的基本步骤和求解思路。
在解题过程中，我们需要首先将连续体离散化为有限数量的单元。
对于一维问题，可以将杆划分为多个小段；对于二维问题，可以将薄板划分为多个小矩形单元；对于三维问题，可以将流体域划分为多个小立方体单元。
接下来，我们需要选择适当的数学模型和数值方法来描述和求解问题。
在有限元方法中，常用的数学模型包括弹性力学方程、热传导方程和流体力学方程。
对于这些方程，我们可以采用有限元离散化方法，将其转化为代数方程组。
最后，我们需要选择合适的数值方法来求解代数方程组。
常见的数值方法包括直接法和迭代法。
对于小规模的问题，我们可以使用直接法，如高斯消元法；对于大规模的问题，我们则需要使用迭代法，如共轭梯度法或雅可比迭代法。
通过对以上复习题的学习和解答，我们可以更好地理解有限元方法的原理和应用。
同时，我们也可以加深对数学模型和数值方法的理解和掌握。
第二章1.有限元方法（finite element method缩写：FEM）或有限元分析（finite element analysis 缩写：FEA）是求取复杂微分方程近似解的一种非常有效的工具，是现代数字化科技的一种重要基础性原理。
（基本原理：将连续体理想化为有限个单元集合而成、单元间仅有有限个节点上相连接，即用有限个单元的集合来替代原来具有无限个自由度的连续体。
）2.节点：确定单元形状的点。
3.单元：将复杂的几何和受力对象划分为一个个形状比较简单的标准构件。
4.位移：构件中因承载在任意位置上所引起的移动。
5.应变：构件中因承载在任意位置上所引起的变形状态。
6.应力：构件中因承载在任意位置上所引起的受力状态。
7.有限元分析的目的：针对具有任意复杂几何形状的变形体，完整获取在复杂外力作用下它内部的准确力学信息，即求取该变形体的3类力学信息（位移、应变和应力）8.一维杆件的结构问题的求解:（以第二种方法为主）1)基于材料力学求解:P15书中例题。
2)基于节点位移求解:P18书中例题,一定记得画出节点、杆和内部受力图。
图一.受力图9.有限元分析基本流程：（一维三连杆结构的有限元分析过程P23）1)对象的离散：对原结构进行单元划分（离散）2)单元的描述：计算各单元的单元刚度方程3)整体的组装：组装各单元刚度方程4)问题求解：○1.处理边界条件并求解（节点位移）○2.求支反力○3求其他力学量第三章1.杆件：两端铰接，主要承受轴线的轴向力，不传递和承受弯矩。
2.1D杆件的基本变量与基本方程（三类基本方程+边界条件）3.求解有限元问题的两类方法：（会用以下两类方法推导1D杆单元的位移，应变和应力吧表达式见书中P32~P35）1)直接求解方法;2)间接求解方法：a) 虚功原理（表达式及参数含义）:推导单元刚度方程月单元刚度矩阵，见图二图二.虚功原理计算单元刚度矩阵b) 最小势能原理（表达式及参数含义）()()()()1(())(())2min [()]最小势能表达式：σε∈=Ω==∏=-⎰x x u x BC u U u x x d W Fu x l u U W Ω4. 1D 杆单元的势能表达式（矩阵形式、积分形式P37）5. 1D 杆单元刚度方程表达式： =e e e K q F6. 变截面肝单元的推导（书中P37~P38）7. 平面杆单元坐标变换矩阵：（P39：式（3-52））8. 平面梁单元的基本变量与基本方程（三类基本方程+边界条件：P55）9. 平面梁单元的势能函数表达式10. 一般平面梁单元与平面纯弯梁单元的关系1.连续体问题的3大类变量（1D，2D，3D，交叉项）2.连续体问题求解的虚功原理（虚应变能、外力虚功（体积力、面积力）表达式）3.结构分析的强度准则（最大拉应力准则（表达式、参数含义）、最大剪应力准则、最大畸变能准则）4.平面3节点三角形单元几何与节点描述（自由度（6个），节点位移列阵，外力列阵）5.平面3节点三角形单元的形状函数矩阵（根据给节点编号（坐标），计算相应的形状函数矩阵，检验计算正确性：和“1”性质）见图三（特别注意计算a，b，c，时下标的轮换，原则：1->2，2->3，3->1，如解题过程中展示的一样，P105）图三. 三节点三角形单元的形状函数矩阵的计算6.平面4节点矩形单元的几何与节点描述（自由度（8个），节点位移列阵，外力列阵：P111）ηξ）7.平面4节点矩形单元的形状函数矩阵（注意书中给出公式的适用条件：无量纲坐标（、与笛卡尔坐标（,x y）原点重合）8.对于轴对称问题可通过采用柱坐标()r z表示，将三维问题转换为二维问题其中体积微,,θ元表达式为：θrd drdz9.两个坐标之间的三个方面的变换（坐标映射、偏导数映射、面积\体积隐射：P148）填空10.参数单元的三种类型（等参元，超参元，亚参元的定义：P151并能根据图形判断：P152）1. 半带宽的计算和整体刚度矩阵的最大半带宽：见图四图四. 半带宽的计算2. 形状函数矩阵的性质：（0/1性质、和1性质）3. 单元刚度矩阵的性质: 对角线元素的0/1性质、非对角线元素的0/1性质、对称性质、半正定性质、奇异性质、行（或列）的代数和为零的性质4. 处理边界条件的方法：直接法、置“1”法、乘大数法、拉格朗日乘子法、罚函数法5. 选择单元位移函数的原则：（P207）1) 待定系数是由节点位移条件确定的，因此它的个数应与节点位移DOF 数相等2) 在选取多项式时，必须选择常数项和完备的一次项.3) 选择多项式应由低阶到高阶，尽量选取完全多项式以提高单元的精度。
有限元知识点汇总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。
一．简答题：1.有限单元法和里兹法的区别：有限单元法：(1) 将连续的求解域离散为有限个单元组合体，利用在每一个单元内假设的近似函数来表示全求解域上待求的未知场函数。
(2)数学意义上，是把微分方程的连续形式转化为代数形式方程组。
里兹法：在整个求解域上，直接从泛函出发，通过假设试探函数，求得问题的近似解。
2. 泛函的两个基本点：(1)泛函有它的定义域，这个定义域是指满足一定条件的函数集。
(2)泛函](xy具有明确的对应关系，泛函的值是由一条可取曲线 与可取函数)[y的整体性质决定的，它表现在“积分”上。
3. 有限单元法的基本步骤：(1)结构或物体的离散化。
(2)选取单元内的场变量插值函数。
(3)进行单元分析，求单元特性矩阵和单元特性列阵。
(4)进行整体分析，组装整体特性矩阵和整体特性列阵，建立整体方程。
(5)计算单元内部的场变量。
4. 选取插值函数的原则：(1)广义坐标的个数与单元自由度数一致。
(2)为提高单元精度，插值多项式应尽量选取完全多项式。
有时完全多项式的项数与单元自由度数并不相同，这时可以增加单元的节点个数以使单元的自由度数和完全多项式的项数相同；还可以减少多项式的项数，以使问题变得简单，但此时应注意保持多项式的对称性。
5. 收敛准则：准则1 完备性要求。
如果出现在泛函中场函数的最高阶导数为m阶，则有限单元法收敛的条件之一是单元内场函数的插值函数至少是m次完全多项式，或者说插值函数必须包括本身和直至m阶导数为常数的项。
准则2 协调性要求。
如果出现在泛函中的最高阶导数是m阶，则试探函数在相邻单元的交界面上应有函数直到m - 1阶的连续导数。
6. 等参变换的定义：将局部(自然)坐标中几何形状规则的单元变换为整体坐标系中几何形状扭曲的单元。
当坐标变换和函数插值采用相同的节点，为等参单元；当坐标变换节点数多于插值函数节点数，为超参变换；当坐标变换节点数少于插值函数节点数，为亚参变换。
7. 等参单元基本思想：用相同数目的节点参数和相同的插值函数来定义单元的形状以及单元内的场变量。
