单元节点和积分节点的联系和区别有限元方法的实质:通过变分原理极小值转化为矩阵的极小值((变分原理)→(最小势能原理)(虚功原理)变分原理:把一个物理学问题(或其他学科的问题)用变分法化为求泛函极值(或驻值)的问题,就称为该物理问题(或其他学科的问题)的变分原理
如果建立了一个新的变分原理,它解除了原有的某问题变分原理的某些约束条件,就称为该问题的广义变分原理;如果解除了所有的约束条件,就称为无条件广义变分原理,或称为完全的广义变分原理
1964年,钱伟长教授明确提出了引进拉格朗日乘子(Lagrangemultiplier)把有约束条件的变分原理化为较少(或没有)约束条件的变分原理的方法
最小势能原理:最小势能原理就是说当一个体系的势能最小时,系统会处于稳定平衡状态
举个例子来说,一个小球在曲面上运动,当到达曲面的最低点位置时,系统就会趋向于稳定平衡
势能最小原理与虚功原理本质上是一致的
宇宙万物,如果其势能未达到“最小”(局部概念),它总要设法变化到其“相对”最小的势能位置
举个例子:一个物体置于高山上,它相对于地面来说有正的势能(非最小),因而它总有向地面运动的“能力”(向地面“跃迁”)(其力学本质是其处于一种不稳平衡状态)
因此,它试图(也只有)向下运动,才能保证其达到一个相对平稳的状态
最小势能原理是势能驻值原理在线弹性范围里的特殊情况
对于一般性问题:真实位移状态使结构的势能取驻值(一阶变分为零),在线弹性问题中取最小值
形象的说,当你在一百米高的钢丝绳上走的时候你总是希望尽早回到地上,但其实只要你不动你也是平衡的,因为驻值也可以是极大值(此时称为随遇平衡)
而当你在一百米高的大楼里的办公室里时,你并不害怕,因为周围的物体的势能均不比你小,此时驻值取的是极小值而不是最小值
在有限元的理论中,最小势能原理是在所有满足给定边界条件的位移时,满足平衡微分方程的位移使得势