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有限元分析(FEA)是一种强大的数值计算工具,广泛应用于工程结构的力学分析中。MATLAB因其强大的矩阵运算能力和简洁的语法,成为实现有限元算法的理想选择之一。
经典的MATLAB有限元程序通常包含以下核心模块: 网格划分 - 将连续体离散为有限个单元(如三角形、四边形单元),并生成节点坐标和单元连接关系。 刚度矩阵组装 - 通过高斯积分或形函数计算单元刚度矩阵,再集合成整体刚度矩阵。 边界条件处理 - 引入约束条件(如固定位移)或载荷(集中力、分布力),通常通过修改刚度矩阵实现。 线性方程组求解 - 利用MATLAB的矩阵求解器(如``运算符或稀疏矩阵算法)计算节点位移。 后处理 - 根据位移场进一步求解应力、应变,并通过云图或变形动画可视化结果。
程序的核心优势在于其清晰的数学表达和模块化设计,便于验证理论公式或扩展复杂工况(如非线性材料、动态分析)。对于初学者,实现一个二维弹性力学问题的有限元求解器,是深入理解计算固体力学和数值方法的绝佳实践。