在人类历史上，电子计算机的出现是一个划时代的事件，因为它的发明在相当广泛的范围内改变了人们的生产生活方式，对于人类社会的各个领域也产生了不可估量的影响，对于科学技术和各门学科已经并继续产生着深刻的影响。 　　计算机对自然科学和工程技术的结合是从它的诞生开始的，但是发展得最早最广泛和最早系统化起来的方向便是计算力学学科的产生。计算力学做为一个学科是70年代开始的。它的定义是：用计算机解决力学问题，它是电子计算机大规模用于求解力学问题的产物。几十年来，它的重要性已经毋庸置疑。 计算力学所研究的内容是十分广泛的，但概括起来，它主要解决三个方面的问题。 　　(1)离散化方法问题 客观力学量都是空间和时间的连续量，为了能被计算机处理，必须变为离散量，即把描述力学过程的微分方程转化为代数方程组。这方面，5、60年代出现的，随后被广泛应用的有限元法是离散化最优秀的例子之一。 　　(2)算法 对于同一个力学问题，有不同的算法，采用好的算法不仅省时，省存储，而且结果还很精确。一个好的算法的产生和推广往往能够事半功倍，大大提高解决问题的效率。例如稀疏矩阵的消去法，波前算法，QR方法以及超矩阵算法和对非线性问题的同伦算法等都是适用于计算机的行之有效的算法。 (3)软件 即程序编制工作，从60年代开始，人们逐渐开发用于求解力学问题的通用程序，从事这种工作的人很多，形成了一个重要的方向。它包括有限元分析软件以及前后处理，图形显示以及各种人机对话式的计算机辅助设计软件等等。到上世纪80年代初，国际上较大的结构分析通用有限元程序发展到几百种，计算力学是计算机科学、计算数学与力学学科相结合的产物。随着计算机软硬件技术的快速发展，计算力学也得到了迅速发展，成为力学工作者和工程技术人员解决自然科学和工程实践中力学问题的重要手段。它是根据力学中的理论，利用现代电子计算机和各种数值方法，解决力学中的实际问题的一门新兴学科。计算力学横贯力学的各个分支，不断扩大各个领域中力学的研究和应用范围，同时也在逐渐发展自己的理论和方法。其应用范围已扩大到固体力学、岩土力学、水力学、流体力学、生物力学等领域。计算力学主要进行数值方法的研究，如对有限差分方法、有限元法作进一步深入研究，对一些新的方法及基础理论问题进行探索等等。计算力学横贯各个力学分支，为它们服务，促进它们的发展，同时也受它们的影响。 数值计算方法最早成员应为有限差分法，有限差分法从数学的角度用差分代替微分，将力学中的微分方程转化为代数方程,从而大大拓宽了力学学科的应用范围;有限元法的问世促进了计算力学的发展。有限元法建立了计算模型、离散方法、数值求解和计算机程序实现的统一方法，通过变分原理将原问题的泛函转化成代数方程进行求解;20世纪70年代初出现了边界元法，对于分析某些工程实际问题，边界元法具有其突出的优点。上述三种方法被称为计算力学的三大支柱。除此之外，计算力学还包含了其它一些重要分支，如加权残数法、有限元线法，半解析半数值法等。目前，计算力学的主要研究方向集中在如何建立高效的、有足够精度的计算手段上，特别是解决如何建立这些计算手段的共性问题。在计算力学的发展过程中，从结构的离散化方法、单元列式、控制方程求解、计算结果自动处理到收敛理论都可以建立成为不依赖于结构类型和几何形状的统一方式。计算模型的建立、计算方法的构造和计算软件的开发是计算力学研究中的共性问题。 《计算力学课程设计》是为期两周的实践课程。在上完《计算力学A》以后，集中时间进行实践训练，相对于 《计算力学A》，课程设计更偏重于研究实际的工程问题，通过编程、建立CAD模型、划分网格、完成计算、后处理生成计算报告，对学生理论联系实际的能力，进行较全面的训练。 土木工程学院工程力学系 《计算力学课程设计》任务书 课程编号: 0801200035 课程名称: 计算力学课程设计 适用专业: 工程力学 考核方式: 考查 课程性质: 专业基础课 课程属性: 必修 学分: 2 学时: 2周 指导教师: 潘军 备注：上交的纸质档装订成一本，放入课程设计档案袋。填好设计袋封面上的每一项内容。 其中的装袋内容，分三行填写，要写页数，例如： 序号 内容 页数 一 成绩评定表 1 二 《计算力学课程设计》任务书 6 三 《计算力学课程设计》计算书 32 题目表 序号 题目 1 塔式起重机的静力、稳定性、动力学分析 2 碾压混凝土I型断裂试样的静力分析与ABAQUS二次开发 3 曲线配筋的预应力混凝土梁的静力分析 4 凸缘联轴器的静力分析 （1、2题必选，3、4题选做一个，共完成三个题目） 题目1：塔式起重机的静力、稳定性、动力学分析。 Number是学生学号的后三位，下图中的起重臂架长度为： Length = 30+Number/100,单位是（m）。 要求： （1）将实际的塔式起重机简化为刚架模型，选用ANSYS软件，用梁单元建立几何模型。 （2）确定材料、横截面性质等参数。 （3）设置约束条件与荷载。 （4）分别静力、稳定性、动力学求解。 （5）后处理，读取计算结果并输出为图片和文字。 （6）编写本小题的计算报告。 题目2：碾压混凝土I型断裂试样的静力分析与ABAQUS二次开发。 图示为一碾压混凝土I型断裂试样结构示意图，厚度为Number/10 mm，试样材料参数：弹性模量E=25GPa；泊松比v=0.2；混凝土抗拉强度取2MPa，抗压强度取25MPa，裂纹开口宽度为2mm。试分析裂纹尖端的位移、应变、应力场分布特征，研究裂纹扩展特征及规律。用ABAQUS 二次开发，编写UEL Fortran 子程序，完成分析。( Number是学生学号的后三位 ) 要求： （1）用平面应力模型，划分四边形网格，建议使用Truegrid软件。 （2）编写调试UEL Fortran 子程序。 （3）写出ABAQUS inp文件。 （4）完成裂纹扩展计算，求得极限载荷。 （5）后处理，读取计算结果并输出为图片和文字。 （6）编写本小题的计算报告。 题目3：曲线配筋的预应力混凝土梁的静力分析 预应力筋的线形为“直线+圆曲线+直线”，曲率半径为R=Number/25 mm。已知预应力筋的横截面积为139，其张拉力为180kN，弹性模量为195GPa，质量密度为7921 kg/。混凝土标号为C50，其弹性模量为34.5GPa，质量密度为2300 kg/。求混凝土与预应力筋的应力和变形。( Number是学生学号的后三位 ) 要求： （1）用预应力钢筋用桁架单元，混凝土用实体单元，分别建立几何模型。 （2）用ANSYS软件，将预应力钢筋单元和混凝土单元用共节点的方式相连，完成静力计算。 （3）用ABAQUS软件，预应力钢筋单元和混凝土单元用EMBEDDING方式相连，完成线弹性静力计算。 （4）对比（3）、（4）两个计算结果，分析差别产生的原因及各自的优、缺点。 （5）编写本小题的计算报告。 题目4：凸缘联轴器的静力分析。 如下图右所示的凸缘联轴器，尺寸可从文件 coupling_shaft01.sat得到。已知联轴器的转速为8500r/min, 传递的功率为Number kw，求联轴器得应力。( Number是学生学号的后三位 ) 要求： （1）用TrueGrid或HyperMesh软件对凸缘联轴器进行三维的六面体网格划分，并分别输出为ANSYS、ABAQUS的输入文件。 （2）设置材料参数和边界条件 （3）分别用ANSYS、ABAQUS的完成线弹性静力分析。 （4）对比ANSYS、ABAQUS的两个计算结果，分析差别产生的原因。 （5）编写本小题的计算报告。 1