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有限元原理

有限元法(Finite Element Method,FEM)是一種用於求解偏微分方程邊值問題的數值技術,它通過將問題區域分解為簡單的子區域(有限元),來近似複雜問題的解。這些子區域被稱作有限元,每個有限元上的解相對簡單,然後這些簡單解合併以近似整個問題的解。

有限元法的基本步驟包括:

問題定義:確定問題的求解域及其物理和幾何屬性。

結構離散化:將求解域劃分為有限個單元(如三角形、四邊形等),並在單元的指定點設定節點。

單元分析:為每個單元建立位移應變和應力模型,通常使用插值函式來表示單元內的位移與節點位移之間的關係。

整體分析:組合所有單元的貢獻,形成整體剛度矩陣和等價節點載荷,建立整體平衡方程

解方程:求解整體平衡方程,得到節點位移。

結果分析:根據節點位移計算結構的位移、應力和應變等。

有限元法的優點包括其適用於各種複雜形狀和邊界條件,能夠處理含有多個物理場的問題,並且計算精度高。它已廣泛套用於結構工程流體動力學熱傳導電磁分析等多個領域。