工程结构分析的数值模拟方法及应用

步入21世纪，人类跨入信息时代，计算机技术无论从硬件还是软件上都在日新月异地发展，信息化、数字化、网络化渗透在很多学科当中，也为很多学科提供了新的发展机遇。个人计算机的空前普及、计算技术的发展、计算机语言的更新换代，使计算机方法应用于经典结构力学中所有类型的问题，从而可进行精确的数值分析计算。工程结构分析也可称为数值模拟或者仿真计算（Numerical Simulation）。最早的仿真计算是用差分代替微分，将复杂的微分问题转换为代数问题，极大地简化了求解难度。

20世纪60年代，有限元法（Finite Element Method，FEM）建立并取得了巨大的成功。它以经典牛顿力学为基础，为人们提供前所未有的能力：预测和理解复杂系统，模拟复杂的物理现象，利用这些模拟设计复杂的工程系统。它使力学这个古老学科成为对人类文明核心领域产生决定性影响的学科，对科学和技术已经产生了深远的影响。(www.xing528.com)

20世纪70年代，边界元法（Boundary Element method，BEM）建立。边界元法是在有限元法之后发展起来的一种精确高效的工程分析数值方法。与有限元法在连续体域内划分单元的基本思想不同，边界元法是只在定义域的边界上划分单元，用满足控制方程的函数去逼近边界条件。边界元法与有限元法相比，具有单元个数少、数据准备简单等优点。另外，有限条法、加权函数法、半解析半数值解法、离散元法、无限元法等计算方法的出现，为工程结构分析提供了更广阔的舞台，可以对更复杂的问题进行求解。从某种意义上说：数值计算解放了力学，使得普通工程师和学者也有机会从事复杂的力学分析。数值计算是工程结构设计、施工、科研与咨询活动中必不可少的手段。数值计算与实验互补，甚至可替代实验无法完成的工作。