一般工程问题都可以表达为数学模型,针对特定的系统应用自然界的基本定律和原理,推导出微分方程。一般微分方程很难得到精确解,需要借助数值方法来近似求解。有限元方法是当今工程分析中应用最广泛的数值计算方法,它具有通用性和有效性,受到工程技术界的高度重视。有限元法的基本思想是将解域看成由许多称为“单元”的小互连域组成,对每一单元假定一个近似解,然后推导并求解这个域总的满足条件,从而得到原问题的解。
有限元的思想早在几个世纪前就已经产生并得到应用。例如,用多边形逼近圆来求圆的周长。但作为一种方法而被提出,则发生在20世纪,从应用数学的角度来看,有限元法可以追溯到Courant在1943年发表的论文“Variational Methods for the Solution of Problem of Equilibrium and Vibration”,他将一系列三角形区域上的分片连续函数与最小位能原理结合,来求解St.Venant扭转问题。有限元的实际应用是随着计算机的出现而发展的。1956年,Turner和Clough等发表了名为“Stiffness and Deflection Analysis of Complex Structures”的论文。将钢架分析中的位移法推广到弹性力学平面问题,并用于飞机结构的分析,首次给出了用三角形单元求解平面应力问题的正确解。1960年,Clough发表了另一篇名为“The Finite Element Method in Plane Stress Analysis”的论文。他进一步求解了弹性力学平面问题,并将该方法的应用范围扩展到飞机和土木工程,在文中正式提出有限元法(Finite Element Method)的名称,使人们更清楚地认识到有限元法的特性和功能。随着有限元法理论和计算机技术的发展,解决了有限元法中人工难以完成的大量计算工作问题。通过封闭有限元理论、单元形式和算法,发展成了现今的有限元软件,并应用于解决工程实际中的问题。(www.xing528.com)
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