【原创】分享一套原创小型平面有限单元计算程序

mrtong

随着近几年随着数值计算程序模块的复杂化，传统的结构化程序设计方法已经无法胜任多模型、多模块和多场耦合的综合数值计算软件的开发，因而面向对象的程序设计方法目前逐渐成为数值计算软件开发的主流。

虽然Java语言在计算性能上远不及C++，但是作为一次使用面向对象方法实现的一个小规模编程实践来说是比较合适的。一方面Java能够支持彻底的面向对象方法；另一方面Java虚拟机能够自动管理内存，减少了使用C++手动管理内存的复杂性，对于初学者来说比较友好。

程序功能：使用简单的面向对象方法实现一个小型有限单元位移法计算程序，分别从字符文件读入节点、网格单元、位移约束和节点应力数据；计算生成刚度矩阵，并且结合边界条件计算节点位移。

1、程序输入文件：

（1）nodes（节点文件）

4//第一行 节点数 末尾回车分隔

1 0 0//第二行开始为节点数据，其中三个使用空格数据行分别为节点号，x坐标，y坐标

2 1 0

3 1 1

4 0 1

（2）elements（网格单元文件）

2//第一行为三角形网格单元数

1 1 2 4//第二行开始为网格单元，其中使用空格分割的数据分别为单元序号，单元的内部1号节点对应的全局节点号，单元的内部2号节点对应的全局节点号，单元的内部3号节点对应的全局节点号。

2 2 3 4

（3）constraint（位移约束）

2 //第一行为存在位移约束的节点

3 0 0 //分别为：存在位移约束节点号，该节点X方向位移约束，该节点Y方向位移约束。

4 0 0

（4）stress（应力边界条件）

2//第一行为存在外应力的节点

1 0 -1//分别为：存在外应力的节点，该节点X方向应力大小，该节点Y方向应力大小。

2 1 0

2、程序模块

程序按照功能主要分为5个包（详细类方法见程序文档）：

（1）geometry（几何包）:包含3个几何类，分别为节点数据类（Point），单元类（Element），几何结构类（Geometry）。

该包构成了计算程序的数据类，存储了节点和单元的构成关系，几何类的构造函数使用从主程序读取的文件流。

（2）elementMatrix（单元矩阵包）：包含一个设置力学参数的接口类（SetProperties）和一个单元矩阵类（EMatrix）。

该包功能为根据单元节点坐标的创建单元刚度矩阵，并且记录单元局部坐标序号和全局坐标序号的映射关系。

（3）globalMatrix（整体刚度矩阵包）：包含一个设置力学参数的接口类（SetProperties）和一个整体刚度矩阵类（GMatrix）。

该包功能为根据单元刚度矩阵和几何结构创建整理刚度矩阵。

（4）boundaryConditions(边界条件包)：由边界条件设置类（BoundaryConditions）构成

BoundaryConditions类的方法实现了由入读的文件流创建边界条件，构造相应的矩阵并且求解。

（5）solver（求解类）：由有限单元法求解主函数构成（FEMSolverMain）。

FEMSolverMain类为主程序，该类调用前四个包的功能实现创建几何，构造矩阵、应用边界条件和求解。

相关类库：为了实现高效的矩阵运算，使用Java第三方类非稀疏矩阵类库（Jama）来实现矩阵的存储、操作和运算，考虑到非稀疏矩阵类的效率建议节点数<1000。

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崔永正

kankan

xinweijiang

学习了，谢谢提供

guo5707

谢谢分享啊

clcfl

ganxie

kevinzhou

来参观学习的，谢谢分享

love1217

了解一下

liusiping0902

学习学习

haoxiaohu

谢谢