有限元的matlab编程PPT学习教案.pptx

【有限元方法与MATLAB编程】 有限元方法是一种数值计算技术，用于求解各种工程和物理问题的偏微分方程。在这个PPT学习教案中，重点是使用MATLAB来实现有限元分析，特别是针对平面桁架结构的位移和杆件轴力的计算。 1. **建立模型**： 在有限元分析的第一步是创建几何模型。在这个例子中，通过定义节点坐标来构建平面桁架。使用一个循环来分配节点坐标，水平杆件的长度由变量`L`表示，竖直杆件的长度由变量`H`表示。用户可以通过输入这些参数来自定义模型尺寸。 2. **定义单元**： 单元是构成模型的基本元素，连接相邻节点。在这个案例中，使用二维数组`Element`来存储单元的节点编号。通过循环，根据桁架结构的特性，为每个杆件分配正确的节点对。 3. **集成总刚**： 集成总刚度矩阵是有限元方法的核心步骤。对于每个单元，首先计算单元两端节点的坐标差和杆件长度`L`，然后根据这些信息构建局部坐标到整体坐标的坐标转换矩阵`T`。接着，计算单元刚度矩阵`kk`，最后通过`T`矩阵将其转换为全局坐标系下的刚度矩阵`k`。 4. **计算等效荷载**： 荷载通常以向量形式表示，这里定义了一个名为`f`的向量，其中包含了所有节点的自由度（每个节点有两个自由度，对应于沿X和Y方向的位移）。荷载值`a`代表节点力`P`，它被分配给对应的自由度位置。 5. **整体刚度矩阵的集成**： 整体刚度矩阵`K`是所有单元刚度矩阵的集合。通过遍历所有单元，将每个单元的局部刚度矩阵转换为全局坐标并添加到`K`中。这里的处理方式考虑了2D桁架结构的特点，每个单元贡献4个非零项到`K`的对应位置。 6. **求解位移**： 一旦`K`和`f`确定，就可以通过线性代数的方法求解节点位移。在MATLAB中，这通常涉及到求解线性方程组`Ku=f`，其中`u`是节点位移向量。 7. **求解杆件轴力**： 节点位移解出后，可以进一步计算杆件的轴力。这通常涉及应用边界条件，然后从节点力平衡方程推导出杆件的轴力。 8. **输出结果**： 将计算得到的节点位移和杆件轴力以可视化或文本的形式输出，便于用户理解和验证分析结果。 这个PPT教程详细介绍了如何使用MATLAB进行有限元分析，对于初学者来说是一份宝贵的资源，可以帮助理解有限元方法的基本步骤，并提供了一个实际的应用实例。通过实践这些步骤，读者可以掌握将理论知识转化为实际编程技能的关键能力。