计算机在土木工程中的应用

Indus FEA LUSAS
INERTIA MARC
AirMechanics AVwin (Avansse) CADS
COSAR
CSA/Visual for AutoCAD ELFEN FE/Pipe FlexPDE HyperMesh (Altair Computing)
LapFEA
ME/NASTRAN
土木工程概论
第18讲 计算机在土木工程中的应用
宏观尺度材料设计 有限元方法
❖ 物体离散化
➢ 将某个工程结构离散为由各种单元组成的计算模型，这一步称作 单元剖分。
➢ 离散后单元于单元之间利用单元的节点相互连接起来；单元节点 的设置、性质、数目等应视问题的性质，描述变形形态的需要和 计算进度而定。
➢ 用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。如果划分单元数目 非常多而又合理，则所获 得的结果就与实际情况相符合。
土木工程概论
第18讲 计算机在土木工程中的应用
宏观尺度材料设计 有限元方法
❖ 选择位移模式
➢ 位移法：选择节点位移作为基本未 知量称为位移法； ➢ 力 法：选择节点力作为基本未 知量时称为力法； ➢ 混合法：取一部分节点力和一部分节点位移作为基本未知量时称
为混合法。 位移法易于实现计算自动化，所以，在有限单元法中位移法
土木工程概论
第18讲 计算机在土木工程中的应用
Microstran for Windows
MSC/MARC
mTAB*STRESS OptiStruct (Altair Computing) PENTAGON 2D ProPHLEX RSTAB SAMCEF STAAD/Pro StressCheck
土木工程概论
第18讲 计算机在土木工程中的应用
宏观尺度材料设计 有限元方法
❖ 分析单元的力学性质
根据 单元的材料性质、形状、尺寸、节点数目、位置 及其含义等，找出单元节点力和节点位移的关系式， 这是单元分析中的关键一步。此时需要应用弹性力学 中的几何方程和物理方程来建立力和位移的方程式， 从而导出单元刚 度矩阵，这是有限元法的基本步骤之 一。
土木工程概论
第18讲 计算机在土木工程中的应用
宏观尺度材料设计 有限元方法
❖ 单元组集
利用结构力的平衡条件和边界条件把各个单元按原来 的结构重新连接起来，形成整体的有限 元方程
❖ 求解未知节点位移
可以根据方程组的具体特点来选择合适的 计算方法。
土木工程概论
第18讲 计算机在土木工程中的应用
宏观尺度材料设计 有限元方法
有限单元法：
1941年Hrenikoff提出了所谓的网格法，它将平面弹性 体看作是一批杆件和梁；1943年Courant提出了在一个 子域上采用逐段连续函数来接近未知函数。Hrenikoff 和Courant提出的无疑是有限元方法（Finite Element Method，简称FEM）的关键特性，但正式的有限元法的 文献则应归功于Argyris、Kelsey、Turner、Clough、 Martin和Topp，其中Clough于1960年第一次使用了“有 限元”这个名词，其后有限元的研究开始迅速发展，在 结构力学、流体力学、电学、热力学，核物理等方面都 有着极为重要的应tair Computing)
MSC/DYTRAN
MSC/NASTRAN Multiframe
MSC/NASTRAN (for Windows)
NE/Nastran
P-Frame (Softek)
PDE Toolbox
PENTAGON 3D RISA-2D S-Frame (Softek) SAP2000 (CSI) STARDYNE TEDDS
CESAR - LCPC
AFEMS
ANSYS
CADRE CAESAR II - (pipe stress analysis)
CSA/GENSA
CSA/NASTRAN
DIANA ESAComp FEMAP
DYNA3D ETABS(CSI) FEMGV
GRAPE GBW16 & GBW32 GT STRUDL
土木工程概论 第18讲 计算机在土木工程中的应用
有限元的基本原理 常用有限元分析软件简介 有限元设计软件简介 计算机制图简介
土木工程概论
第18讲 计算机在土木工程中的应用
1 有限元的基本原理
应力计算：
复杂结构的应力计算
土木工程概论
第18讲 计算机在土木工程中的应用
1 有限元的基本原理
土木工程概论
第18讲 计算机在土木工程中的应用
常用有限元分析软件简介 常用有限元分析软件
ABAQUS
ALADDIN BEASY
CAEFEM
COSMOS/M
CSTRAAD ENERCALC FEIt
Genesis
I-DEAS Master Series LARSA
ADINA Algor BOSS International
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第18讲 计算机在土木工程中的应用
1 有限元的基本原理 有限单元法的基本思想：
❖ 有限元法分析计算的基本思想： ➢ 物体离散化 ➢ 单元特性分析 — 选择位移模式 — 分析单元的力学性质 — 计算等效节点力 ➢ 单元组集 ➢ 求解未知节点位移
土木工程概论
第18讲 计算机在土木工程中的应用
❖ 在大力推广CAD技术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计 制造都离不开有限元分析计算，FEA在工程设计和分析中将得到越 来越广泛的重视。
❖ 国际上早在20世纪50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力 开发具有强大功能的有限元分析程序。其中最为著名的是由美国 国家宇航局（NASA）在1965年委托美国计算科学公司和贝尔航空 系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统。该系统发展至今已有 几十个版本，是目前世界上规模最大、功能最强的有限元分析系 统。
应用范围最广。
土木工程概论
第18讲 计算机在土木工程中的应用
宏观尺度材料设计 有限元方法
❖ 计算等效节点力
物体离散化后，假定力是通过节点从一个单元 传递到 另一个单元。但是，对于实际的连续体，力是从单元 的公共边传递到另一个单元中去的。因而，这种作用 在单元边界上的表面力、体积力和集中力都需要等效 的移到节点上去，也就是用等效的节点力来代 替所有 作用在单元上得力。