湖南工业大学有限元考试题及答案(精校)

1、1有限元是近似求解_一般连续_场问题的数值方法2有限元法将连续的求解域离散为若干个子域_,得到有限个单元,单元和单元之间用节点相连3从选择未知量的角度来看,有限元法分为三类 位移法. 力法 混合法4以_节点位移_为基本未知量的求解方法称为位移法.5以_节点力_为基本未知量的求解方法称为力法.6一部分以_节点位移_,另一部分以_节点力_为基本未知量的求解方法称为混合法.7直梁在外力的作用下,横截面的内力有剪力_和_弯矩_两个.8平面刚架结构在外力的作用下,横截面上的内力有 轴力_ 、剪力_和 弯矩 .9进行直梁有限元分析,平面刚架单元上每个节点的节点位移为 挠度 和 转角 10平面刚架结构中,已

2、知单元e的坐标变换矩阵T和在局部坐标系xOy下的单元刚度矩阵K，则单元在真体坐标系xOy下的单元刚度矩阵为_ K= TK T13弹性力学问题的方程个数有15个,未知量的个数有15个.14弹性力学平面问题的方程个数有8_个,未知量个数有8_个15几何方程是研究_应变_和_位移 之间关系的方程16物理方程是描述_应力_和_应变_关系的方程17平衡方程反映了_应力_和_位移_之间关系的18把经过物体内任意一点各个_ 截面上的应力状况叫做_该点_的应力状态19形函数在单元上节点上的值,具有本点为_1_.它点为零的性质,并且在三角形单元的任一节点上,三个行函数之和为_1_20 形函数是_三角形_单元内部

3、坐标的_线性位移_函数,他反映了单元的_位移_状态21在进行节点编号时,要尽量使用同一单元的相邻节点的 狭长的带状尽可能小,以使最大限度地缩小刚度矩阵的带宽,节省存储,提高计算效率.22三角形单元的位移模式为_线性位移模式_-23矩形单元的位移模式为_线性位移模式_24在选择多项式位移模式的阶次时,要求_所选的位移模式应该与局部坐标系的方位无关的性质为几何_各向同性25单元刚度矩阵描述了_节点力_和_节点位移之间的关系26在选择多项式作为单元的位移模式时,多项式阶次的确定,要考虑解答的收敛性,即要满足单元的_完备性和 协调性要求27三节点三角形单元内的应力和应变是_常数,四节点矩形单元内的应力

4、和应变是线性_变化的28在矩形单元的边界上,位移是线性_变化的29整体刚度是一个呈_ 狭长的带状_分布的稀疏矩阵30整体刚度K是一个奇异阵,在排除刚体位移_后,它正义阵1从选择未知量的角度来看,有限元法可分为三类(力法,位移法,混合法)2下列哪有限元特点的描述中,哪种说法是错误的(D需要使用于整个结构的插值函数)3几何方程研究的是(A应变和位移)之间关系的方程式4物理方程是描述(D应力和应变)关系的方程5平衡方程研究的是(C应力和位移)之间关系的方程式6在划分单元时,下列哪种说话是错误的(A一般首选矩形单元)7下列哪种单元的单元刚度矩阵必须通过积分才能得到(D矩形单元)8单元的刚度矩阵不取决于

5、下列哪种因素(B单元位置)9可以证明,在给定载荷的作用下,有限元计算模型的变形与实际结构变形之间的关系为(B前者小于后者)10ANSYS按功能作用可分为若干个处理器,其中(B求解器)用于施加载荷和边界条件11下列有关有限元分析法的描述中,哪种说话是错误的(B单元之间通过其边界连接成组合体)12下列关于等参数单元的描述中,哪些说话是错误的(C将规则单元变换为不规则单元后,易于构造位移模式)13从选择未知量的角度来看,有限元可以分为三类,混合法的未知量是(C节点力和节点位移)14下列对有限元特点的描述中,哪种说话是错误的(B对有限元求解域问题没有较好的处理方法)15在划分单元时,下列哪种说话错误(

6、D自由端不能取为节点)16对于平面问题,选择单元一般首选(D三角形单元或等参单元)17下列哪种说法不是形函数的性质(C三角形单元任一条边上的形函数,与三角形的三个节点坐标都有关)18下列四种假设中,哪种分析不属于分析弹性力学的基本假设(C大变形假设)19下列四种假设中,哪种不属于分析弹性力学的基本假设(B有限变形假设)20下列关于三角形单元说法中哪种是错误的(C在单元的公共边上应力和应变的值是连续的)21下列关于矩形单元的说法哪项是错误的(D其形函数是线形的)22应用圣维南原理简化边界条件时,静力等效是指前后的力系的(D主矢量相同,对于同一点的主矩也相同)24描述同一点的应力状态需要的应力分量

7、是(C6个)25在选择多项式作为单元的位移模式时.多项式阶次的确定,要考虑解答的收敛性,哪种说法不是单元必须满足的要求(D对称性)1、试述节点力和节点载荷的区别。节点力是单元与节点之间的作用力；如果取整个结构为研究对象，节点力为内力，节点载荷是作用在节点上的外载荷。2、试述求整体刚度矩阵的两种方法。分别建立各节点的平衡方程式，写成矩阵形式，可求得整体刚度矩阵；将各单元刚度矩阵按规律叠加，也可得整体刚度矩阵。3、平面应力问题和平面应变问题的区别是什么，试各举出一个典型平面应力问题和平面应变问题的实例。平面应力问题：（1）长宽尺寸远大于厚度（2）沿板面受有平行于板面的面力，且沿厚度均布，体力平行于

8、板面而且不沿厚度变化，在平板的前后表面上无外力作用。 平面应变问题：（1）z向尺寸远大于x、y向尺寸，且与z轴垂直的各个横截面尺寸都相同；(2)受有平行于横截面(xy平面)且不沿z向变化的外载荷，约束条件沿z向也不变，即所有内在因素和外来作用都不沿长度变化。 举例：平面应力问题等厚度薄板状弹性体，受力方向沿板面方向，荷载不沿板的厚度方向变化，且板的表面无荷载作用。平面应变问题水坝用于很长的等截面四柱体，其上作用的载荷均平行于横截面，且沿柱长方向不变法。4、试述平面应力问题和平面应变问题的特点。平面应力问题的特点：1长、宽尺寸远大于厚度2沿板面受有平行板面的面力，且沿厚度均匀，体力平行于板面且不

9、沿厚度变化，在平板的前后表面上无外力作用。平面应变问题的特点：1Z向尺寸远大于XY向尺寸，且与Z轴垂直的各个横向面尺寸都相同2受有平行于横截面（XY平面）且不沿Z向变化的外载荷，约束条件沿Z向也不变，即所有内在因素和外来作用都不沿长度变化。5、试分别叙述三角形单元和矩形单元的优缺点。三角形单元的位移模式是线性的，位移是连续的，应变和应力在单元内是常数，在单元的公共边界上应力和应变的值将会有突变。另外，三角形单元的边界适应性好，较容易进行网格划分和逼近边界形状，其缺点是他的位移模式是线形函数，单元的应力和应变都是常数，精度不够理想。矩形单元的位移模式是双线性模式，单元内的应力和应变是线性变化的，

10、精度比三角形单元高，在两相邻矩形单元的公共边界上，其位移是连续的。其缺点是矩形单元不能适就斜交的边界和曲线边界，而且不便于对结构的不同部位采用不同大小的单元，从而不易达到提高有限元分析计算的效率的精度的目的。7、平面问题中划分单元的数目是否越多越好？不是越多越好。划分单元的数目，视要求的计算精度和计算机的性能而定。随着单元数目的接连多，有限元解逐步逼近于真实解，但是，单元数目接连加，刚求解的有限元线性方程组的数目接连多，需要占用更多的计算机内存资源，求解时间接连长，所以，在计算机上进行有限元分析时，还要考虑计算机的性能。单元数过多并不经济。9、写出单元刚度矩阵的表达式，并说明单元刚度与那些因素

11、有关？ B-单元应变矩阵，D-弹性矩阵，t-厚度）单元刚度矩阵取决于单元的大小、方向、和弹性常数，而与单元的位置无关，即不随单元或坐标轴的平移而改变。10、弹性力学的基本假设有哪些？1、连续性假定2、弹性假定3、均匀性和各向同性假定4、小变形假定5、无初应力假定11、整体刚度矩阵有哪些性质？1、整体刚度矩阵中每一列元素的意义是：欲使弹性体的某一节点沿坐标轴方向发生单位位移，而其他节点都保持为零的变形状态，在各节点上所需要施加的节点力；2、整体刚度矩阵中的主对角元素总是正的；3、整体刚度矩阵是一个对称阵；4、整体刚度矩阵是一个带状分布的稀疏矩阵；5、整体刚度矩阵是一个奇异矩阵，在排除刚体值移后，

12、它是正定阵。12、各向同性材料有几个弹性常数？它们分别是什么？其中独立的有几个？为什么？各项同性材料有三个弹性常数，分别是杨式模量E、剪切模量G、泊松比u6;，其中独立的有两个，因为G=E/2(1+u)13、描述一点的应力状态需要几个应力分量？为什么？在弹性力学中，弹性体被假设为是连续的，整个弹性体可看成是由无数个微小的正方体元素组成。在正方体各面上的应力按坐标轴方向分解为一个正应力、两个剪应力。由于物体内各点的内点都平衡，作用在正方体两面上的应力分量均大小相等、方向盘相反。因此，可用9个应力分量表示作用在正方体上的应力。14、有限元法解的收敛性主要取决于什么？在有限元分析中，一旦确定了单元的形状后，位移模式的选择将是非常关键的。15、为了保证解答的收敛性，单元的位移模式必须满足什么条件？1、位移模式必须包函单元的刚体位移2、位移模式必须包含单元的常应变3、位移模式在单元内要连续，且位移在相邻单元之间要协调。在有限单元法中，把能够满足条件1和条件2的单元称为完备单元，把满足条件3的单元叫做协调单元或保续单元。16、选则多项式为单元的位移模式时，除了要满足单元的完备性和协调性要求，还须考虑什么因素？还须考虑两个因素：