清华大学计算固体力学第一次课件_绪论.ppt

TSINGHUA UNIVERSITY计算固体力学第1章绪论TSINGHUA UNIVERSITY全面介绍非线性有限元的前沿性内容,使学习者能进入这一领域的前沿,应用非线性有限元方法求解弹塑性材料、几何大变形和接触碰撞这些非线性力学的主要问题,增强工程结构中非线性计算和虚拟仿真的能力,提高非线性有限元的教学和科研水平。计算固体力学课程体系TSINGHUA UNIVERSITY非线性有限元的内容:三场变分原理(弱形式):速度,变形率,应力一种格式:Lagrangian格式(TL,UL,ALE)TL-完全的L格式UL-更新的L格式两种解法:隐式和显式求解器隐式-Newton-Raphson迭代显式-中心差分三种非线性:材料,几何,接触材料:弹塑性,超弹性,粘弹性几何:Jaumann率,弧长法,接触:Lagrange乘子,罚函数计算固体力学课程体系TSINGHUA :非线性有限元的基本概念,发展历史,工程应用,标记方法,网格表述和偏微分方程的分类。(2):TL和UL格式的控制方程。E有限元:E公式的控制方程,弱形式与强形式。(4):变形和运动,应力-应变的度量,守恒方程,框架不变性。(4):UL有限元离散,编制程序,旋转公式。(4):一维弹性,非线性弹性,如次弹性和超弹性。一维塑性,多轴塑性,超弹-塑性(橡胶和泡沫模型),粘弹性(蠕变和松弛等),经验本构模型,如J-C方程等。应变硬化和软化。(4):应力更新算法,平衡解答和隐式时间积分(N-R求解等),显示时间积分(中心差分等),波的传播问题。(4)教学内容:计算固体力学课程体系TSINGHUA UNIVERSITY7. 稳定性:稳定性和连续化,平滑性,数值稳定性,材料稳定性。屈曲和后屈曲,弧长法,模态分析。(4)8. ALE有限元:ALE连续介质力学,公式推导,率形式,弱形式,路径相关材料,网格更新方法,Petrov-Galerkin公式的动量方程,离散方程的线性化,整体ALE公式。(4):分片试验,完备性和再造条件,Hu-Washizu多场变分原理,多场弱形式。(4):体积自锁,剪切自锁,减积分,不完全积分,沙漏模式。(4)、壳和连续体单元:理论分析,基于连续体(CB)的梁。(4)(CB)的壳,连续体单元,膜单元的性能,假设应变单元,一点积分单元。(4):接触界面方程(主从接触,从从接触,多点约束,约束方程),摩擦模型(罚函数,库仑等),接触弱形式,有限元离散。(4)计算固体力学课程体系TSINGHUA UNIVERSITY14. 断裂力学的有限元计算:K场计算,J积分,T积分,动态裂纹扩展计算(能量平衡、节点力释放和XFEM)。(4)15. 流固弱耦合算法。(2)16. 材料本构计算-陈震。(4)计算固体力学课程体系程序训练:1. 显式有限元程序-DYFRAC:大变形板壳结构分析计算2. 隐式有限元程序-ABAQUS/Standard:开发UMAT或UEL接口程序,完成一个结构的完整计算分析过程成绩:1. 期末考试:60%2. 程序实践:20%3. 课堂作业:20%TSINGHUA UNIVERSITY绪论1虚拟科学与工程2有限元的发展和相关著作3有限元软件的发展4非线性有限元的分类5非线性有限元的应用6网格和标记7偏微分方程分类TSINGHUA UNIVERSITY1 虚拟科学与工程(Simulation-based Engineering and Science,SBES)TSINGHUA UNIVERSITY人类需要借助各种工具来增强、延伸和扩大自己认识世界的能力,虚拟科学与工程(Virtual Scienceand Engineering)正是用高科技手段构造出一种人工环境,帮助工程师和科学家创造一个时域和空域可变的虚拟世界,使人们能够在这个虚拟世界中纵观古今,瞬扶四海,实现从必然王国到自由王国的认识过程。CAD/CAE/CAM,伴随着计算机硬件和软件的发展而发展,适应工业与科技的需求。在国家十一、五发展规划中,提出自主创新、集成创新、引进吸收再创新,发展CAE技术,是工业和科技提高创新能力的手段之一。1 虚拟科学与工程TSINGHUA UNIVERSITY纵观古今,瞬扶四海:源于我国晋代的儒学家陆机(261-303)在他的《文赋》中谈及文学创作的思维活动时说,应“观古今于须臾,扶四海于一瞬”。1 虚拟科学与工程实现从必然王国到自由王国的认识过程:源于毛泽东(1893-1976)的《实践论》。