面向对象的非线性有限元编程入门:静态与动态应用

需积分: 8 2 下载量 142 浏览量 更新于2024-07-17 收藏 401KB PDF 举报
本文主要探讨了面向对象的非线性有限元编程方法在静态和动态应用中的基础介绍。它扩展了之前处理线性弹性和非线性问题的FEM_Object环境[1][2],重点集中在静态分析部分。作者Stéphane Commend和Thomas Zimmermann来自瑞士联邦理工学院结构与连续力学实验室(LSC),他们旨在为初学者提供一个入门级的面向对象有限元软件包,用于进行非线性分析。 文章强调了面向对象方法在有限元编程中的应用,这是通过参考文献[15-18]以及[7-8]等深入讨论的。作者的目标不仅在于介绍技术本身,而且是为了满足近年来对这类程序日益增长的需求。在论文的第一部分,作者会提供一个简短的概述,解释如何将面向对象原则融入到有限元计算中,包括类的设计、对象的创建、封装和继承等核心概念。 非线性有限元分析涉及到材料行为的非线性特性,如塑性、大变形、热效应等,这些通常需要复杂的算法和迭代过程来求解。在编程中,这可能涉及构建应变-位移关系模型、实现非线性方程组求解器,以及处理收敛性和稳定性问题。为了实现这一点,编程语言如C++或Java由于其强大的抽象能力和灵活性,是理想的工具。 在开发过程中,代码的模块化和可重用性是关键,因为每个元素和子系统可以作为独立的对象来设计,从而简化复杂性并促进代码维护。此外,面向对象的封装允许数据的安全存储和操作,同时通过接口隐藏内部实现细节,提高了代码的可读性和可靠性。 该初级软件包可能包含以下组件: 1. **基本类库**:包括几何描述(如节点、元素、边界条件)、材料模型(如Hooke定律的线性化或用户自定义的非线性模型)、应力-应变计算。 2. **求解器**:基于牛顿-拉夫逊法或其他迭代算法的非线性求解器,用于找到系统的平衡状态。 3. **可视化工具**:用于显示解的空间分布、时序演化和结果分析。 4. **用户界面**:简单易用的图形用户界面,使得用户能够输入几何、施加载荷和选择材料模型。 总结来说,这篇文章是一份实用指南,不仅介绍了面向对象非线性有限元编程的基本原理,还提供了开发一个入门级软件包的框架。对于希望涉足这个领域的学习者和开发者来说,这是一个宝贵的资源,可以帮助他们理解如何利用面向对象的方法解决工程中的非线性问题。