有限元程序设计001.doc

《有限元程序设计001.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有限元程序设计001.doc（81页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date有限元程序设计001平面三角形结点有限元程序有限元程序设计平面三角形结点有限元程序1、程序功能本程序能计算弹性力学的平面应力问题和平面应变问题；能考虑自重和结点集中力两种荷载的作用，在计算自重时轴取垂直向上为正； 能处理非零已知位移，如支座沉降的作用。主要输出的内容包括：结点位移、单元应力、主应力、第一主应力与轴的夹角以及约束结点的支座反力。程序采用Visual Fo

2、rtran 5.0编制而成，输入数据全部采用自由格式。子程序的功能如下：INPUT输入结点坐标、单元信息和材料参数；MR形成结点自由度序号矩阵；FORMMA形成指标矩阵MA（N）并调用其他功能子程序，相当于主控程序；DIV取出单元的3个结点号码和该单元的材料号并计算单元的，等；MGK形成整体劲度矩阵并按一维存放在SK（NH）中；LOAD形成整体结点荷载列阵F；OUTPUT输出结点位移或结点荷载；TREAT由于有非零已知位移，对K和F进行处理；DECOMP整体劲度矩阵的分解运算；FOBA前代、回代求出未知结点位移；ERFAC计算约束结点的支座反力；KRS计算单元劲度矩阵中的子块Krs。2、程序流

3、程及框图启 动输入数据信息 形成K 形成R解K R，输出 计算，输出应力 停 机图-1 程序流程图图-2 程序框图3、输入数据及变量说明当程序开始运行时，按屏幕提示，键入数据文件的名字。在运行程序之前，必须根据程序中输入要求建立一个存放原始数据的文件，这个文件的名字由少于8个字符或数字组成。数据文件包括如下内容：总控信息，共一条，9个数据NP，NE，NM，NR，NI，NL，NG，ND，NCNP结点总数；NE单元总数；NM材料类型总数；NR约束结点总数；NI问题类型标识，0为平面应力问题，1为平面应变问题；NL受荷载作用的结点的数目；NG考虑自重作用为1，不计自重为0；ND非零已知位移结点的数目

4、；NC要计算支座约束反力的结点数目。材料信息，共NM条，每条依次输入EO，VO，W，tEO弹性模量（）；VO泊松比；W材料容重（）；t单元厚度（m）。这些信息都存放在数组AE（4，NM）中。坐标信息，共NP条，每条依次输入IP，X，YIP结点号；X，Y分别为结点的坐标和坐标。坐标信息存放在数组X(2，NP)中。单元信息，共NE条，每条依次输入JE，L ，Io，Jo，MoJE单元号；L为该单元的材料类型号。Io，Jo，Mo分别为该单元i，j，m的整体编码。单元信息存放在数组MEO(4,NE)中。约束信息共NR条，每条依次输入一个数 IP IP结点号；，分别为该结点的约束情况，如果方向受约束时填0

5、，如果自由则填1。荷载信息，共NL条，每条依次输入IP，IP结点号；，分别为该结点的，方向的荷载分量（kN）。结点号存放在数组NF（NL）中，结点荷载分量存放在数组FV（2，NL）中。若ND0，输入非零已知位移信息，共ND条，每条依次输入IP，IP结点号；，分别为该结点，方向已知位移分量（m），若其中某方向为自由，则其相应分量为0。结点号存放在数NDI（ND）中，已知位移分量存放在数组DV(2，ND)中。支座反力信息，共NC条，每条依次输入IP，M1，M2，M3，M4IP 支座结点号；M1，M2，M3，M4 为与该支座结点相关的单元号，若不足4个，则用0补充。支座结点号存放在数组NCI(NC)

6、中，相关单元号存放在数组NCE(4，NC)中。以上数据须按如上顺序存放在数据文件中。除此之外，程序中还用到其他一些主要变量和数组，说明如下：N结构自由度总数；NH 按一维存贮的整体劲度矩阵的总容量；NX 最大半带宽；SK(10000)维存贮的劲度矩阵；R(1000)开始存放等效结点荷载，求解方程以后，用来存放结点位移；B(6)存放单元应力， ，；MA(1000)主元素序号指标矩阵；JR(2，500)结点自由度序号矩阵；ME(3)存放单元结点i，j，m的整体编码；NN(6)单元结点自由度序号；BI(3)，CI(3)单元劲度矩阵计算公式中的，和，；S三角形单元的面积；H11，H12，H21，H22

7、单元劲度矩阵中子块Krs的4个元素。4、源程序C FINITE ELEMENT PROGRAM FOR TWO DIMENSIONALC TRIANGLE ELEMENTC DIMENSION K(800000),COOR(2,3000),AE(4,11),* MEL(5,2000),MA(6000) CHARACTER*32 dat COMMON /CA/ NP,NE,NM,NR,NI,NL,NG,ND,NC WRITE(*,300) 300 FORMAT(/ * :*/+PLEASE INPUT FILE NAME OF DATA) READ(*,*)data OPEN (4,FILE=d

8、ata,STATUS=OLD) OPEN (7,FILE=OUT,STATUS=UNKNOWN) READ (4,*) NP,NE,NM,NR,NI,NL,NG,ND,NC C WRITE (*,400) NP,NE,NM,NR,NI,NL,NG,ND,NC C WRITE (7,400) NP,NE,NM,NR,NI,NL,NG,ND,NC CALL INPUT (JR,COOR,MEL,AE) CALL CBAND (MA,JR,MEL) CALL SK0(SK,R,COOR,MEL,MA,JR,AE) CALL LOAD (COOR,MEL,R,JR,AE) IF (ND.GT.0) C

9、ALL TREAT (SK,MA,JR,R) CALL DECOMP (SK,MA) CALL FOBA (SK,MA,R) WRITE(*,650) WRITE(7,650) CALL OUTPUT(JR,R) WRITE(*,700) WRITE(7,700) CALL CES (COOR,MEL,JR,R,AE) IF(NC.GT.0) call ERFAC (COOR,MEL,JR,R,AE) 400 FORMAT (/2X,NP=,I3,2X,NE=,I3,2X,NM= *,I3,2X,NR=,I3,2X,NI=I3,2X,NL=,I3,2X, *NG=,I3,2X,ND=,I3,2

10、X,NC=,I3)500 FORMAT(1X,TOTAL DEGREES OF FREEDOM N=, *I4,1X,TOTAL-STORAGE ,NH=,I5,1X, *MAX-SEMI-BANDWIDTH MX=,I3)550 FORMAT(/20X,TOTAL STORAGE IS *GREATER THAN 50000)600 FORMAT(30X,NODAL FORCES/8X,NODE, *11X,X-COMP.,14X,Y-COMP.)650 FORMAT(/30X,NODAL DISPLACEMENTS/8X, *NODE,13X,X-COMP.,12X,Y-COMP.)700

11、 FORMAT(/30X,ELEMENT STRESSES/5X, *ELEMENT,5X,X-STRESS,3X,Y-STRESS, *2X,XY-STRESS,1X,MAX-STRESS,1X, *MIN-STRESS,6X,ANGLE/) STOP END C * SUBROUTINE KRS (BR,BS,CR,CS) COMMON /CB/ EO,VO,W,T,A,H11,H12,H21,H22 *,ME(3),BI(3),CI(3) ET=EO*T/(1.0-VO*VO)/A/4.0 V=(1.0-VO)/2.0 H11=ET*(BR*BS+V*CR*CS) H12=ET*(VO*

12、BR*CS+V*BS*CR) H21=ET*(VO*CR*BS+V*BR*CS) H22=ET*(CR*CS+V*BR*BS) RETURN END C * SUBROUTINE INPUT (JR,COOR,MEL,AE) DIMENSION JR(2,*),COOR(2,*),AE(4,*),MEL(3,*) COMMON /CA/ NP,NE,NM,NR COMMON /CC/ N,MX,NH DO 70 I=1,NP READ(4,*) IP,X,Y COOR(1,IP)=X COOR(2,IP)=Y 70 CONTINUE DO 11 J=1,NE READ(4,*)NEE,NME,

13、(MEL(I,NEE),I=1,3) MEL(3,NEE)=NME11 CONTINUE DO 10 I=1,NP DO 10 J=1,2 10 JR(J,I)=1 DO 20 I=1,NR READ(4,*) IP,IX,IY JR(1,IP)=IX JR(2,IP)=IY 20 CONTINUE N=0 DO 30 I=1,NP DO 30 J=1,2 IF (JR(J,I) 30,30,25 25 N=N+1 JR(J,I)=N 30 CONTINUE DO 55 J=1,NM READ (4,*)jj,(AE(I,jj),I=1,4)C WRITE(*,910)jj,(AE(I,jj)

14、,I=1,4)IF(NI.eq.1)then AE(1,jj)=AE(1,jj)/(1.0-AE(2,jj)*AE(2,jj) AE(2,jj)=AE(2,jj)/(1.0-AE(2,jj) endif55 CONTINUE910 FORMAT (/20X,MATERIAL PROPERTIES/(3X,I5,4(1x,E8.3) RETURN ENDC * SUBROUTINE CBAND (MA,JR,MEL) DIMENSION MA(*),JR(2,*),MEL(3,*),NN(6) COMMON /CA/ NP,NE,NM,NR COMMON /CC/ N,MX,NH DO 65 I

15、=1,N65 MA(I)=0 DO 90 IE=1,NE DO 75 K=1,3 IEK=MEL(K,IE) DO 95 M=1,2 JJ=2*(K-1)+M NN(JJ)=JR(M,IEK)95 CONTINUE75 CONTINUE L=N DO 80 I=1,6 NNI=NN(I) IF(NNI.EQ.0) GO TO 80 IF(NNI.LT.L) L=NNI 80 CONTINUE DO 85 M=1,6 JP=NN(M) IF(JP.EQ.0) GO TO 85 JPL=JP-L+1 IF(JPL.GT.MA(JP) MA(JP)=JPL 85 CONTINUE 90 CONTIN

16、UE MX=0 MA(1)=1 DO 10 I=2,N IF(MA(I).GT.MX) MX=MA(I) MA(I)=MA(I)+MA(I-1) 10 CONTINUE NH=MA(N) WRITE (*,500) N,MX,NH WRITE (7,500) N,MX,NH500 FORMAT (/5X,FREEDOM N= *,I5,3X,SEMI-BANDWI. MX=,I5,3X, * STORAGE NH=,I7) RETURN END C* SUBROUTINE SK0(SK,R,COOR,MEL,MA,JR,AE) DIMENSION AE(4,*),COOR(2,*),MEL(3

17、,*),JR(2,*),R(*), *MA(*),SK(*),SKE(6,6),NN(6) COMMON /CA/ NP,NE,NM,NR,NI,NL,NG,ND,NC COMMON /CB/ EO,VO,W,T,A,H11,H12,H21,H22, *ME(3),BI(3),CI(3) COMMON /CC/ N,NH DO 10 I=1,NH 10 SK(I)=0.0 DO 70 IE=1,NE CALL DIV (IE,COOR,MEL,AE) DO 30 I=1,3 DO 30 J=1,3 CALL KRS (BI(I),BI(J),CI(I),CI(J) SKE(2*I-1,2*J-

18、1)=H11 SKE(2*I-1,2*J)=H12 SKE(2*I,2*J-1)=H21 SKE(2*I,2*J)=H22 30 CONTINUE DO 40 I=1,3 J2=ME(I) DO 40 J=1,2 J3=2*(I-1)+J NN(J3)=JR(J,J2) 40 CONTINUE DO 60 I=1,6 DO 60 J=1,6 IF(NN(J).EQ.0.OR.NN(I).LT.NN(J) GO TO 60 JJ=NN(I) JK=NN(J) JL=MA(JJ) JM=JJ-JK JN=JL-JM SK(JN)=SK(JN)+SKE(I,J) 60 CONTINUE 70 CON

19、TINUE c WRITE(0,500) (SK(I),I=1,20) 500 FORMAT(/10X,SK=/(6F12.5) RETURN END C * SUBROUTINE LOAD (COOR,MEL,R,JR,AE) DIMENSION AE(4,*),COOR(2,*),MEL(3,*),R(*),JR(2,*), * NF(50),FV(2,50) COMMON /CA/ NP,NE,NM,NR,NI,NL,NG,ND,NC COMMON /CB/ EO,VO,W,T,A,A1(4),ME(3),BB(6) COMMON /CC/ N,NH DO 10 I=1,N 10 R(I

20、)=0.0 IF(NG) 70,70,30 30 DO 60 IE=1,NE CALL DIV (IE,COOR,MEL,AE) DO 50 I=1,3 J2=ME(I) J3=JR(2,J2) IF(J3) 50,50,40 40 R(J3)=R(J3)-T*W*A/3.0 50 CONTINUE 60 CONTINUE 70 IF(NL) 110,110,80 80 READ(4,*) (NF(I),I=1,NL) READ(4,*) (FV(I,J),I=1,2),J=1,NL) C WRITE(*,500) (NF(I),I=1,NL) C WRITE(7,500) (NF(I),I=

21、1,NL)C WRITE(*,600) (FV(I,J),I=1,2),J=1,NL) C WRITE(7,600) (FV(I,J),I=1,2),J=1,NL) DO 100 I=1,NL JJ=NF(I) J=JR(1,JJ) M=JR(2,JJ) IF (J.GT.0) R(J)=R(J)+FV(1,I) IF (M.GT.0) R(M)=R(M)+FV(2,I) 100 CONTINUE 110 RETURN 500 FORMAT(/20X,NODES OF APPLIED LOAD*NF= */(1X,10I8)600 FORMAT(/30X,LUMPED-LOADS*FV= */

22、(5X,5F15.3) END C * SUBROUTINE TREAT (SK,MA,JR,R) DIMENSION SK(*),MA(*),NDI(75),DV(2,75),JR(2,*),R(*) COMMON /CA/ NP,NE,NM,NR,NI,NL,NG,ND,NC COMMON /CC/ N,NH READ(4,*) (NDI(J),J=1,ND) READ(4,*) (DV(I,J),I=1,2),J=1,ND) C WRITE(*,500) (NDI(J),J=1,ND) C WRITE(7,500) (NDI(J),J=1,ND)C WRITE(*,550) (DV(I,

23、J),I=1,2),J=1,ND) C WRITE(7,550) (DV(I,J),I=1,2),J=1,ND) DO 20 I=1,ND DO 20 J=1,2 IF(DV(J,I) 10,20,10 10 JJ=NDI(I) L=JR(J,JJ) JN=MA(L) SK(JN)=1.0E30 R(L)=DV(J,I)*1.0E30 20 CONTINUE 500 FORMAT(/25X,NODE NO.*NDI=/(1X,10I8)550 FORMAT(/25X,DISPLACEMENT-VALUES*DV=/ *(10X,6F10.6) RETURN END C * SUBROUTINE DECOMP (SK,MA) DIMENSION SK(*),MA(*) COMMON /CC/ N,NH DO 50 I=2,N L=I-MA(I)+MA(I-1)+1 K=I-1