论文部分内容阅读
有限元法是一种解决复杂工程计算问题的有效的离散化计算方法。有限元法以经典理论为基础,以计算机为工具,通过有限元程序实现对复杂工程问题的分析计算。然而,对于一些有特殊求解要求的更为复杂的问题,例如需要对同一分析对象的不同区域分别给出力学有限元解和力学边界元解,或要求对同一分析对象的传热学问题和力学强度问题同时求解等,若采用单一离散化方法分析就会使得求解方式过于刚性,无论从算法的适用性还是经济性方面考虑都有所不足。对这类问题应该采取更具柔性的求解方式,即采取耦合了多种离散化算法的联合求解方式去做分析。本论文所进行的主要工作是为自主研发的,包含上述功能的《基于有限元边界元联合求解的力学流势传热学耦合分析平台》的有限元计算模块部分,该计算模块基于国际STL标准,从而更加充分地发挥了面向对象方法的技术优势。 本论文全面系统地将基于STL标准的面向对象的概念和方法应用到有限元程序设计的各个环节,完整地探索和展示了面向对象有限元分析、设计和实现的全过程,所涉及的主要工作和结论如下。 1.运用面向对象的分析方法对有限元计算过程进行分析,确定有限元分析计算过程中的类及其属性、应完成的功能,以及各个类之间的相互关系和接口形式,在此过程中,引入统一建模语言UML,对类/对象的属性、方法,以及类之间的相互关系进行了图形化描述。 2.运用面向对象的设计方法,对类的方法及类之间的接口进行了详细设计,并在文中对总刚矩阵的形成、总载向量的组装等重点部分做了详细说明。 3.使用面向对象的程序设计语言—标准C++语言,对前阶段设计的类进行了编程实现,形成了进行有限元计算的基础类库。在实现过程中,运用了基于标准模板类库(STL)技术,以向量模板类的特化继承对象为变容量数据容器,实现了可按计算实例的离散节点数量动态存取数据的机制和数据容器的零容量启动,从而避免了运算时系统对静态内存空间的超量占用。 本论文实现的基础类库能够完成平面问题的有限元计算,并且可以在此类库的基础上,通过派生新的单元类来实现更复杂的有限元计算任务。