《有限元程序設(shè)計(jì)課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《有限元程序設(shè)計(jì)課件.ppt（84頁珍藏版）》請?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、教學(xué)程序：教學(xué)程序：FEP1 李明瑞編李明瑞編 FEP2 李明瑞編李明瑞編 ZFEP第一章第一章 緒論緒論 有限元程序的基本內(nèi)容有限元程序的基本內(nèi)容 有限元求解器有限元求解器1.1 有限元程序的基本內(nèi)容有限元程序的基本內(nèi)容有限元法的解題步驟有限元法的解題步驟結(jié)構(gòu)離散化為結(jié)構(gòu)離散化為有限元網(wǎng)格有限元網(wǎng)格計(jì)算單元剛度計(jì)算單元剛度矩陣矩陣引入約束條件引入約束條件求求應(yīng)力等應(yīng)力等解解方程組方程組建立總剛度矩建立總剛度矩陣及外載陣及外載有限元程序的基本內(nèi)容：有限元程序的基本內(nèi)容：數(shù)據(jù)輸入階數(shù)據(jù)輸入階段段有限元矩陣的計(jì)有限元矩陣的計(jì)算、組集和求解算、組集和求解數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出階段階段前前處理處理處理器處理

2、器后后處理處理一、一、數(shù)據(jù)輸入階段數(shù)據(jù)輸入階段前處理 讀讀入入和和生生成成數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，形形成成有有限限元元網(wǎng)網(wǎng)格格，為為有有限限元元矩矩陣計(jì)算作準(zhǔn)備。（數(shù)據(jù)或圖形輸入）陣計(jì)算作準(zhǔn)備。（數(shù)據(jù)或圖形輸入）1.1.標(biāo)題和控制信息標(biāo)題和控制信息2.2.計(jì)算存貯分配計(jì)算存貯分配3.3.節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和約束信息節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和約束信息4.4.單元信息單元信息5.5.材料信息材料信息6.6.載荷信息載荷信息二、二、有限元矩陣的計(jì)算、組集和求解有限元矩陣的計(jì)算、組集和求解處理器處理器計(jì)計(jì)算算插插值值函函數(shù)數(shù)矩矩陣陣 N N 、幾幾何何矩矩陣陣 B B 、JacobJacob矩矩陣陣 J J 在在高斯點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值積分，求得單剛

3、、單元載荷高斯點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值積分，求得單剛、單元載荷組集成總剛、總載組集成總剛、總載 求解求解三、三、數(shù)據(jù)輸出階段數(shù)據(jù)輸出階段后后處理輸出結(jié)果（場變量和場變量導(dǎo)數(shù)等），打印結(jié)果。輸出結(jié)果（場變量和場變量導(dǎo)數(shù)等），打印結(jié)果。場變量包括：位移、溫度、流場的速度勢等；場變量包括：位移、溫度、流場的速度勢等；場變量導(dǎo)數(shù)包括：應(yīng)力、應(yīng)變、熱流、流場速度勢等場變量導(dǎo)數(shù)包括：應(yīng)力、應(yīng)變、熱流、流場速度勢等輸出形式：輸出形式：數(shù)據(jù)輸出和圖形輸出數(shù)據(jù)輸出和圖形輸出1-2 有限元求解器有限元求解器帶寬法：只存儲總剛矩陣的半帶寬內(nèi)的元素。帶寬法：只存儲總剛矩陣的半帶寬內(nèi)的元素。等帶寬法：每行的帶寬相等，常采用二維數(shù)組存

4、儲等帶寬法：每行的帶寬相等，常采用二維數(shù)組存儲變帶寬法：每行的帶寬不等，常采用一維數(shù)組存儲變帶寬法：每行的帶寬不等，常采用一維數(shù)組存儲一、一、帶寬法帶寬法變帶寬分塊求解思想：變帶寬分塊求解思想：一個(gè)變量的消元只影響剛度矩陣的一部分元一個(gè)變量的消元只影響剛度矩陣的一部分元素，較大的節(jié)點(diǎn)分量方程組可以分成較小的局部素，較大的節(jié)點(diǎn)分量方程組可以分成較小的局部系數(shù)矩陣按節(jié)點(diǎn)逐步求解。系數(shù)矩陣按節(jié)點(diǎn)逐步求解。波波前前法法是是另另一一種種分分塊塊儲儲存存的的變變帶帶寬寬法法，其其消消元元次次序序是按單元編號進(jìn)行，邊組集邊消元。是按單元編號進(jìn)行，邊組集邊消元。調(diào)調(diào)入入內(nèi)內(nèi)存存的的單單元元所所保保留留的的節(jié)節(jié)

5、點(diǎn)點(diǎn)稱稱為為波波前前節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，所所消消去去的的節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)稱稱為為消消元元節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，消消元元節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)是是與與以以后后調(diào)調(diào)入入的的單元沒有聯(lián)系的節(jié)點(diǎn)，即該節(jié)點(diǎn)的方程已組集完。單元沒有聯(lián)系的節(jié)點(diǎn)，即該節(jié)點(diǎn)的方程已組集完。波波前前法法的的回回代代按按消消元元節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的的反反序序進(jìn)進(jìn)行行。對對內(nèi)內(nèi)存存的的需求取決與最大波前寬。需求取決與最大波前寬。二、二、波前法波前法V-Fortran 1.Fortran語言的基本格式語言的基本格式2.變量變量3.基本語句基本語句4.子例子程序子例子程序5.函數(shù)子程序函數(shù)子程序 6.其它功能、模塊其它功能、模塊第二章第二章 FEP2 程序的總體設(shè)計(jì)與輸入程序的總體設(shè)計(jì)與輸

6、入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) FEP2 的設(shè)計(jì)任務(wù)的設(shè)計(jì)任務(wù) FEP2 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) FEP2 的主程序的主程序 FEP2 的主控程序的主控程序 FEP2 的數(shù)據(jù)輸入格式與程序?qū)崿F(xiàn)的數(shù)據(jù)輸入格式與程序?qū)崿F(xiàn)2-1 FEP2 的設(shè)計(jì)任務(wù)的設(shè)計(jì)任務(wù)1.FEP2的簡要題目說明的簡要題目說明 FEP2是一個(gè)具有通用性的教學(xué)程序，可用于計(jì)算是一個(gè)具有通用性的教學(xué)程序，可用于計(jì)算一般的線性靜力學(xué)問題。已設(shè)計(jì)了平面梁單元與平面一般的線性靜力學(xué)問題。已設(shè)計(jì)了平面梁單元與平面3-9節(jié)點(diǎn)元兩種單元，但留下接口。節(jié)點(diǎn)元兩種單元，但留下接口。2.支持軟件與硬件支持軟件與硬件 FORTRAN77以上編譯器、各種微機(jī)以上編譯器、各種

7、微機(jī)3.FEP2的的功能功能3.FEP2的功能的功能1）輸入文件名由用戶自由定義，但限制為輸入文件名由用戶自由定義，但限制為4個(gè)字符，輸個(gè)字符，輸入文件擴(kuò)展名為入文件擴(kuò)展名為“DAT”，輸出文件擴(kuò)展名為輸出文件擴(kuò)展名為“OUT”。2）節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、單元信息等具有線性自動生成功能。節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、單元信息等具有線性自動生成功能。3）可以處理多種工況、多種類型單元組合結(jié)構(gòu)問題。）可以處理多種工況、多種類型單元組合結(jié)構(gòu)問題。4）可以處理固定約束和指定位移。）可以處理固定約束和指定位移。5）采用變帶寬存儲、三角分解法求解剛度方程。）采用變帶寬存儲、三角分解法求解剛度方程。6）為多種單元留下接口。）為多種單元留下

8、接口。2-2 FEP2 的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)FEP2：由形式主程序、主控程序、功能模塊組成。由形式主程序、主控程序、功能模塊組成。主程序的主要功能：定義輸入、輸出文件名，調(diào)用主控主程序的主要功能：定義輸入、輸出文件名，調(diào)用主控程序程序PCONTR主控程序主控程序PCONTR的主要功能模塊：的主要功能模塊：1）內(nèi)存分配內(nèi)存分配 2）網(wǎng)格生成）網(wǎng)格生成3）變帶寬存儲設(shè)置變帶寬存儲設(shè)置 4）單剛的形成與組集）單剛的形成與組集5）剛度矩陣的分解）剛度矩陣的分解 6）形成節(jié)點(diǎn)載荷）形成節(jié)點(diǎn)載荷7）形成與組集單元載荷）形成與組集單元載荷 8）求解位移）求解位移9）求單元應(yīng)力）求單元應(yīng)力 10）求結(jié)構(gòu)反力）

9、求結(jié)構(gòu)反力FEP2 程序框圖程序框圖FEP2（主程序）主程序）PCONTR(主控程序主控程序)SETMEM 檢查內(nèi)存檢查內(nèi)存 PROFIL 形成變帶寬剛度矩陣地址形成變帶寬剛度矩陣地址 PFORM(3)形成單剛并組集形成單剛并組集 LDLT 總剛的三角分解總剛的三角分解 GENVEC 形成節(jié)點(diǎn)載荷形成節(jié)點(diǎn)載荷 PFOM(3)構(gòu)造并組集單元載荷構(gòu)造并組集單元載荷 FORBACK 前消回代求出位移前消回代求出位移 PFORM(4)計(jì)算單元應(yīng)力計(jì)算單元應(yīng)力 PFORM(6)計(jì)算結(jié)構(gòu)反力計(jì)算結(jié)構(gòu)反力2-3 FEP2 的主程序的主程序一、文件名一、文件名 FEP2 的文件名可由用戶自由定義（限制為的文件

10、名可由用戶自由定義（限制為4個(gè)字符）個(gè)字符），通過人機(jī)交互方式確定。設(shè)計(jì)中引入以下技巧：，通過人機(jī)交互方式確定。設(shè)計(jì)中引入以下技巧：1)規(guī)定輸入文件名規(guī)定輸入文件名FI與輸出文件名與輸出文件名FO為為8個(gè)字符個(gè)字符 2)規(guī)定兩個(gè)字符數(shù)組規(guī)定兩個(gè)字符數(shù)組NAMINP(8)，NAMOUT(8)3)用用IQUIVALENCE語句使語句使FI與與NAMINP、FO與與NAMOUT 等價(jià)等價(jià)4)用用DATA語句給語句給FI和和FO賦賦初值初值:“.DAT”、“.OUT”5)輸入輸入NAMINP的前的前四個(gè)字符作為輸入輸出文件名四個(gè)字符作為輸入輸出文件名 COMMON/PSIZE/MAXM,MAXA CH

11、ARACTER*8 FI,FO CHARACTER NAMINP(8),NAMOUT(8),HEAD*50 COMMON/HEAD/HEAD1 EQUIVALENCE(FI,NAMINP(1),(FO,NAMOUT(1)DATA FI,FO/.DAT,.OUT/WRITE(*,(A)INPUT FILE NAME(4 LETTERS ONLY):READ(*,(4A1)(NAMINP(I),I=1,4)DO 10 I=1,4 10 NAMOUT(I)=NAMINP(I)OPEN(6,FILE=FO)OPEN(5,FILE=FI)MAXM=16000 MAXA=16380 CALL PCONTR

12、(FO)END 二、定義數(shù)組二、定義數(shù)組 FEP2 中設(shè)置了兩個(gè)數(shù)組中設(shè)置了兩個(gè)數(shù)組M(1600)和和 A(16380)，數(shù)數(shù)組組M是作為存放坐標(biāo)、單元信息、載荷、位移等，數(shù)組是作為存放坐標(biāo)、單元信息、載荷、位移等，數(shù)組 A 則是存放剛度矩陣用的，其上界與則是存放剛度矩陣用的，其上界與FORTRAN（編譯編譯器）版本和計(jì)算機(jī)內(nèi)存有關(guān)，確定了程序的計(jì)算規(guī)模。器）版本和計(jì)算機(jī)內(nèi)存有關(guān)，確定了程序的計(jì)算規(guī)模。這兩個(gè)數(shù)組也可合并成一個(gè)。這兩個(gè)數(shù)組也可合并成一個(gè)。2-4 FEP2 的主控程序的主控程序 PCONTR PCONTR：實(shí)質(zhì)上的主程序。實(shí)質(zhì)上的主程序。分以下幾大段：分以下幾大段：一、程序頭（前

13、一、程序頭（前1212語句）語句）SUBROUTINE PCONTR(FO)CHARACTER*8 FO LOGICAL ERR,ASEM COMMON/M/M(6000)COMMON/A/A(16380)COMMON/CDATA/NDF,NDM,NEN,NJ,NE,NEQ COMMON/PSIZE/MAXM,MAXA COMMON/MDATA/NUMMAT CHARACTER FD*25,FORC*6,P COMMON/PRINT/P COMMON/ASEM/ASEM DATA FORC/FORC/FD/NODAL FORCE/DISPL/FO：輸出文件名輸出文件名 ERR：邏輯變量，作出錯(cuò)

14、信息控制（邏輯變量，作出錯(cuò)信息控制（.TRUE.為錯(cuò)）為錯(cuò)）ASEM：邏輯變量，作為判斷是否要組集總剛邏輯變量，作為判斷是否要組集總剛 數(shù)組數(shù)組A：存放總剛的元素存放總剛的元素 數(shù)組數(shù)組M：存放單剛、單元信息、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)等存放單剛、單元信息、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)等 NDF 最大自由度數(shù)最大自由度數(shù) NDM 空間維數(shù)空間維數(shù) NEN 單元的最多節(jié)點(diǎn)數(shù)單元的最多節(jié)點(diǎn)數(shù) NJ 節(jié)點(diǎn)總數(shù)節(jié)點(diǎn)總數(shù) NE 總單元數(shù)總單元數(shù) NEQ 總方程數(shù)總方程數(shù)NUMMAT 材料類型數(shù)材料類型數(shù) FD,FORC：文字變量，作為輸出的標(biāo)題用文字變量，作為輸出的標(biāo)題用 P：文字變量，判斷是否要輸出單剛文字變量，判斷是否要輸出單剛二、輸入

15、控制信息、確定主要數(shù)組的地址（二、輸入控制信息、確定主要數(shù)組的地址（14341434語句）語句）NEN1=NEN+1 每個(gè)單元信息的存儲量（節(jié)點(diǎn)號每個(gè)單元信息的存儲量（節(jié)點(diǎn)號+材料號材料號）NNEQ=NJ*NDF 總節(jié)點(diǎn)總節(jié)點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)節(jié)點(diǎn)自由度數(shù) NST=NDF*NEN 單剛階數(shù)單剛階數(shù) NXC=1 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)組節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)組XC的的首址首址 NIX=NXC+NJ*NDM 單元信息數(shù)組單元信息數(shù)組IX的首址的首址 NID=NIX+NEN1*NE 結(jié)構(gòu)方程號編碼數(shù)組結(jié)構(gòu)方程號編碼數(shù)組ID的首址的首址 ND=NID+NNEQ 材料常數(shù)數(shù)組的首址材料常數(shù)數(shù)組的首址 NXL=ND+20*NUMMA

16、T 單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)組單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)組XL的首址的首址 NLD=NXL+NEN*NDM 單元節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)組單元節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)組LD的首址的首址 NUL=NLD+NST 單元節(jié)點(diǎn)位移數(shù)組單元節(jié)點(diǎn)位移數(shù)組UL的首址的首址 NS=NUL+NST*2 單剛數(shù)組單剛數(shù)組S的首址的首址 NP=NS+NST*NST 總剛對角線地址向量總剛對角線地址向量JP的首址的首址 READ(5,*)NJ,NE,NUMMAT,NDF,NDM,NEN WRITE(*,2000)NJ,NE,NUMMAT,NDF,NDM,NEN WRITE(6,2000)NJ,NE,NUMMAT,NDF,NDM,NEN NEN1=NEN+1 NNEQ=NJ*NDF NST=NDF*NEN NXC=1 NIX=NXC+NJ*NDM NS=NUL+NST*2 NP=NS+NST*NST NF=NP+NST NU=NF+NNEQ NJP=NU+NNEQ NEND=NJP+NNEQ 2-5 FEP2的數(shù)據(jù)輸入格式與程序?qū)崿F(xiàn)的數(shù)據(jù)輸入格式與程序?qū)崿F(xiàn)FEP2的數(shù)據(jù)信息（自由格式）：的數(shù)據(jù)信息（自由格式）：1）控制信息：）控制信息：NJ，NE，NUMM