计算结构力学
computational structural mechanics
jisuan jjjiegou lixue
计算结构力学
根据结构力学理论，利用各种数值方法和电子计算机，求解结构力学中各类问题的学科。亦称计算机化的结构力学。是结构力学也是计算力学的一个分支。计算结构力学使人们解结构力学问题的能力极大提高，使结构力学的研究内容和解题范围不断扩大。
发展简史 20世纪40年代出现的电子计算机迅速发展，到60年代大型通用数字电子计算机的强大计算能力，为计算复杂的结构力学问题提供了物质基础。与此同时，适用于计算机的各种数值方法，如矩阵运算、线性代数、数学规划、偏微分方程的差分格式也相继取得进展。1960年R．W．克拉夫在杆系结构力学的变位法概念基础上提出了有限元法，为把连续体力学问题化作离散的力学模型开拓了宽广的途径。有限元法和计算机结合，产生了巨大的威力，应用范围很快从简单的杆、板结构推广到复杂的空间组合结构，可对整个结构(如整艘船舶、整架飞机)作详细的结构分析并得到满意的结果，从而形成了计算结构力学这门新学科。
研究内容 包括结构分析、结构综合及计算力学的理论和方法。结构分析，研究：①线性结构的静力学问题。这类问题离散化后，得到一组线性代数方程，常见于结构的应力分析和位移计算。②线性结构的动力学和稳定性问题。这类问题可用离散化方法变为求解特征值和特征矢量问题，常见于结构的振动分析(固有频率和振型计算)和临界载荷计算及流固耦合问题中临界速度计算等。③非线性结构力学问题。有材料非线性问题(由结构材料的非线性本构方程引起的)，几何非线性问题(由结构的大变形和大位移梯度引起的)，以及兼有材料非线性和几何非线性的问题。结构综合，是计算结构力学比传统结构力学增加的内容，即综合各种因素和要求从事结构优化设计。它的任务是，在一定的约束条件下(如满足强度和刚度要求、适应某些工艺条件等)，按某种目标(如重量最轻、成本最低、刚度最大等)寻找最优的设计方案。计算力学的理论和方法，研究：离散化方法，即把描述力学过程的微分方程化为代数方程组的方法，应用最广的是有限元法，此外有变分法、有限差分法、加权残数法等；计算方法，研究选用对所求解的力学问题的有效算法以提高解题效率；结构软件系统，即程序编制工作，包括有限元分析软件、前后处理、图形显示及各种人机对话式的计算机辅助设计软件。
研究方法 计算结构力学的方法一般是：①把结构作离散化处理，建立计算模型。②运用数学知识，寻求最恰当的计算方法。③编制计算机程序，进行数值计算，在计算机上求出答案。④运用工程和结构力学的概念，判断和解释所得结果和意义，作出科学结论。