計算機輔助工程理論部分複習提綱

2023-01-25 14:06:03 字數 2531 閱讀 3400

總論:1、為什麼要學習有限元的基本理論:

答:首先,為了減少產品的開發周期和降低成本,常用有限元等輔助設計手段作為產品的原型。其次,如果使用者對這種虛擬方法的適用性和限制性沒有足夠的認識,那麼這項工作充滿風險,所以使用者對有限元等的基礎理論和軟體形成有足夠的認識。

最後,這些知識包括眾多學科:連續介質力學(固體力學、流體力學、熱力學等)、數學(物理方程、張量理論、變分原理與泛函、數值計算等)、有限元理論、軟體開發等等,必須終身學習。

第一章:邊值問題數值解基本理論

1. 什麼是邊值問題?什麼是初值問題?

2. 邊值問題的基本控制方程**有哪些?各自**的方程精度如何?問題領域的研究關鍵是什麼?

3. 請闡述二次偏微分方程邊界條件的三種型別。

4. 請寫出邊值問題中,各自與基本控制方程和邊界條件等效的積分形式。

5. 請寫出邊值問題中,與基本控制方程和邊界條件等效的積分形式。

6. 請寫出邊值問題中,與基本控制方程和自然邊界條件等效的積分形式。

7. 什麼是等效積分的弱形式?等效積分弱形式通過什麼方法得到?為什麼要採用等效積分弱形式?

8. 邊值問題無法得到解析解,所以往往採用數值解。請描述邊值問題數值解的一般性數學形式。

9. 什麼是加權殘數法?

10. 取不同的權函式,得到不同的近似方法。常用近似方法有哪些?

11. 什麼是galerkin法?有限元是galerkin法嗎?

部分答案:

1、 什麼是初值問題?

答:在離散系統(非連續介質問題)中,方程形式體現為常微分方程,問題歸結為初值問題,即初始條件下的解。如果是連續介質問題的非定常系統(非平衡系統,解與時間有關,也稱動態問題),問題的解變成邊界條件加初始條件下的解,簡稱初值問題。

2、 邊值問題的基本控制方程**有三方面:1)物理基本定律;2) 物體變形和運動的幾何描述,屬於幾何學範疇;3)描述材料力學效能的巨集觀本構關係,屬於領域範疇。

注意:一些邊界條件也來自以上三方面,例如固體力學中應力邊界條件來自平衡條件(屬於物理基本定律)。

來自以上三方面的方程精度各不相同:1)來自物理基本定律的方程在巨集觀上足夠精確,但是微觀上是近似;2)來自幾何描述的方程純粹屬於數學範疇,有任意高的精度(除非認為地採用近似,例如小變形假定);3)來自巨集觀本構關係的方程,受人們對客觀世界認識和實驗條件限制,往往有較大誤差。

問題領域的研究關鍵是研究本構關係。

8、講義上(1.4.1)式。

第二章彈性力學變分原理

1. 為什麼要學變分原理?(見摘要)

2. 請闡述變分原理的一般數學提法。

3. 請闡述變分法中近似解的基本過程。

4. 證明虛功原理(虛位移原理)與最小勢能原理等效。

5. 證明最小勢能原理等效平衡方程(基本控制方程和邊界條件上的平衡方程)。

6. 如果採用最小勢能原理的變分方程作為等效積分,那麼什麼方程是它的約束條件?

7. 證明最小余能原理與虛應力原理(餘虛功原理)等效。

8. 證明最小余能原理等效幾何方程(基本控制方程和邊界條件上的幾何方程)。

9. 如果採用最小余能原理的變分方程作為等效積分,那麼什麼方程是它的約束條件?

10. 為什麼要發展廣義變分原理?

11. 什麼是第二類變分原理?

12. 如果採用第二類變分原理的變分方程作為等效積分,那麼什麼方程是它的約束條件?

13. 什麼是第三類變分原理?

14. 為什麼說第三類變分原理是完全變分原理?

第三章有限元基本理論

1. 什麼是有限元?

2. 有限元中最關鍵的兩要素是什麼?

3. 有限元中,單元形函式需要滿足什麼基本條件?

4. 在有限元計算方程形成過程中,單元計算需要哪些資訊?

5. 單元如何按幾何分類?

6. 什麼是單元的幾何協調條件?

7. lagrange插值與hermite插值的區別是什麼?

8. 什麼是等參單元?

9. 掌握整體座標與區域性座標之間的座標變換、導數變換和積分變換。

10. 掌握構造等參單元的技巧。

部分答案

1、a)採用galerkin法;b)區域離散成滿足幾何協調條件的有限單元;c)單元內問題解的插值只與單元內節點值有關。

4、單元型別、節點、材料引數、物理引數、體力。

第四章彈性力學有限元法

1. 固體力學問題如何分類?

2. 引起固體力學非線性問題的因素有哪些?

3. 線性與非線性問題求解,在數學上的區別是什麼?

4. 什麼是節點自由度?節點自由度有什麼決定?

5. 什麼是單元自由度?什麼是結構自由度?

6. 彈性力學問題的有限中,如何用位移表達單元應變和應力?

7. 請用最小勢能原理建立靜力和動力問題的有限元方程。

8. 請闡述單元剛度矩陣性質。為什麼單元剛度矩陣是不可求逆?

9. 請闡述總體剛度矩陣的性質?為什麼沒有加約束前總體剛度矩陣是不可求逆?

10. 節點力有哪些因素決定?掌握其計算方法。

11. 證明用最小勢能原理與galerkin法建立的彈性力學問題有限元方程等效。

12. 熟練掌握線性問題靜態、模態、瞬態、穩態解的求解方法。

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