《等几何分析及其Matlab实现库》一书聚焦于介绍等几何分析理论与技术,并提供了基于Matlab的实现方法和代码资源。
等几何分析(Isogeometric Analysis,简称IGA)是一种结合计算机辅助设计(CAD)与有限元分析(FEA)的技术,旨在提供更精确、灵活的数值模拟方法。MATLAB作为一款强大的数学计算软件,是实现IGA的理想工具。本资源是一个专门用于等几何分析的MATLAB库,包含了一系列相关的脚本、函数和示例,以帮助用户在MATLAB环境中进行等几何分析。
该技术的核心思想在于利用NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines)曲线和曲面来定义几何模型和有限元空间。NURBS是一种广泛应用于CAD领域的参数化表示方法,具有高阶精度和良好的几何连续性。通过IGA,可以直接在原始的CAD模型上进行分析,无需传统的几何离散步骤,从而减少了误差来源。
该MATLAB库可能包括以下功能模块:
1. **NURBS基础**:生成和操作NURBS曲线、曲面和体的函数,如控制点网格生成、权重计算以及插值等。
2. **IGA有限元构建**:将NURBS构造为有限元基函数,并用于构建线性、二次及高阶元素。
3. **边界条件与荷载设置**:提供不同类型的边界条件(固定、滑移或铰接)和施加载荷的函数。
4. **求解器接口**:集成数值方法,如牛顿-拉弗森法和迭代法等,用于解决结构力学、热传导及流体力学等问题。
5. **后处理工具**:包含绘制结果的图形界面或脚本,显示位移、应力与应变分布等信息。
6. **非线性问题处理**:支持弹塑性以及断裂力学中的增量迭代法和回放技术等算法。
7. **相场方法**:模拟裂纹形成、扩展及交互作用的渐进式断裂描述方式。
8. **优化算法**:用于寻找结构最佳形状、尺寸或材料分布,以满足特定设计目标。
通过这个MATLAB库,工程师与研究人员可以更方便地进行复杂的结构分析。特别是在处理几何复杂性和非线性问题时,等几何分析的优势更为明显。利用该库不仅可以深入理解IGA的基本原理,还能快速开发和测试新的分析方法,并提升工程设计和仿真能力。