從應(yīng)用數(shù)學(xué)角度,有限元分析法基本思想的提出,可以追溯到Courant在1943年的工作,他第一次嘗試應(yīng)用定義在三角形邊區(qū)域上的分片連續(xù)函數(shù)和最小位能原理相結(jié)合,來求解St.Venant扭轉(zhuǎn)問題。與此同時,一些數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和工程師們由于各種原因都涉及過有限元的概念。
956年,Turner、Clough等人將剛架位移法推廣應(yīng)用于彈性力學(xué)平面問題來分析飛機結(jié)構(gòu),給出了用三角形單元求得平面應(yīng)力問題的精確解,這是有限元法的第一個成功嘗試。1960年,Clough進(jìn)一步處理了平面彈性問題,并第一次提出了“有限單元法”的名稱,使人們開始認(rèn)識有限元法的功效。
在隨后的幾十年里,隨著現(xiàn)代力學(xué)、計算數(shù)學(xué)以及計算機技術(shù)在軟、硬件方面的發(fā)展,有限元分析無論是在理論,還是在計算技術(shù)方面都已取得巨大的進(jìn)步,很多通用程序和專用程序都投入了實際應(yīng)用,對結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析所需的費用也迅速減少。當(dāng)今國際上流行的有限元分析軟件有MSC/NASTRAN、ANSYS、ABAQUS、MARC、ADINA、ALGOR等,他們大都提供了友好的用戶界面、強大的計算分析功能和前后處理功能,并與多種圖形軟件提供了接口,如UG, I-DEAS,CATIA,Pro/E等。以前只能由具有博士學(xué)位的某些專家進(jìn)行的有限元分析,已經(jīng)愈來愈多地被大多數(shù)工程技術(shù)人員所運用。
當(dāng)前,結(jié)構(gòu)有限元分析法及其程序已經(jīng)成為工程設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化工具。有限元法已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車、船舶、水利、醫(yī)學(xué)和生物等現(xiàn)代科學(xué)的各個領(lǐng)域。在船舶工業(yè)領(lǐng)域,有限元技術(shù)被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計、可靠性分析、以及船舶結(jié)構(gòu)的評估等方面。
但是,有限元法作為一種數(shù)值解法,不可避免地帶有一定的誤差。因此,如何估計誤差的大小,如何評估有限元模型及其解的可靠性,如何在給定的誤差范圍內(nèi)進(jìn)行模型簡化,選擇好的求解策略等,一直是工程界十分關(guān)心的重要問題。
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