有限元方法的核心思想


最近在學習有限元方法的基礎知識,大致總結了下我對於有限元方法核心思想的理解。有限元方法所應用的領域也非常廣泛,計划整理一個系列的筆記,以彈性力學問題的有限元求解方法為例,給出有限元方法的基本思路。最后,總結有限元、加權殘余量法等求解各類問題的基本思路。


有限元方法基本步驟:

(1) 將問題域離散為有限個單元,(比如,三角形面片、四面體單元,等。)離散域中的點(網格節點),稱之為 結點

(2) 選擇一個函數,用單元(子域)上結點的某物理量的值(比如,位移等),唯一地表示單元(子域)內任意一點的物理量的值。此函數稱之為 插值函數

(3) 通過已知的物理關系,在各個單元(子域)內,進行一些列的計算。比如,積分、計算彈性力大小,等等。核心思想在於,單元內任意一點的物理量都可以由結點處的值表示。因此,最終這一些列的計算,都變成了單元的節點處物理量的函數/計算。

(4) 由各個單元(子域)內的計算結果,通過某種形式,整合成整個問題域內的計算。這樣,整個問題域內的計算/所滿足的方程,就變成了各個結點處物理量的函數。也就是說,將一個連續問題,變成了離散問題。

(5) 對所得到的有限維度的問題,進行求解。


小結

自己也覺得,說的雲里霧里的。還是以彈性力學問題為例,總結一遍有限元方法的過程。另外,對於其他類型問題的有限元求解方法,以及加權殘余量法,等等,也一並舉例梳理一下。

1 - 彈性力學問題的有限元求解(一):桿系結構

2 - 彈性力學問題的有限元求解(二):彈性力學平面問題

3 - 彈性力學問題的有限元求解(三):彈性力學空間問題


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