在对一些工作环境复杂的器件进行仿真设计时,比如在航天器上工作的诸多器件,由于其工作环境恶劣,不确定因素较多,器件失效的概率随之大幅上升,所以在进行器件仿真设计时,必须考虑到多方面的因素,正是在这种情况下,多物理场协同仿真设计应运而生,多物理场主要指的是电磁环境,力学环境和热学环境三方面因素,目前业界还没有一个比较成熟的多物理场仿真设计软件。基于国内对多物理场软件自主研发的需求,本论文的研究方向为力学仿真环境的搭建,由于力学分析内容广泛,分支较多,相互渗透,论文选择了三维模型的静力分析作为研究,数值方法上选择有限元法,有限元法原理简单,能够应对任意模型,目前已经成为解决偏微分方程的普遍的数值计算方法,已经广泛运用到各个工程领域和工业领域,相比与其他数值算法,有限元法具有明显优势。本文将以弹性力学基本理论为基础,结合有限元法,采用两种基函数,面向对象编程,对任意三维结构进行静力学分析,获得其在特定静力环境下的形变分布云图,并将分析结果与国外成功的商用软件的仿真的结果进行对比,作出相应的误差分析,最终形成一个成熟的三维模型的静力分析求解器。本论文的主要研究工作包括了如下的几个方面:1、调研国内外弹性力学及其有限元方法的发展现状和发展前景,仔细了解国内外多物理场软件协同仿真设计的研究进展。然后对弹性力学基本原理和有限元方法基本原理进行研究,推导一阶基函数和二阶基函数下的基本公式,提出针对三维空间问题静力分析的可行性方案。2、将相关弹性力学和有限元理论进行代码的实现,采用c++面向对象的编程方式,提出可行的代码设计方案,考虑的情况包括合理的内存管理,较好的可扩展性和移植性,较好的时间复杂度等。3、针对自己的代码,分别针对一阶基函数和二阶基函数的情况,采用多组三维模型进行测试,最终通过计算结果画出其场图分布,与ANSYS的仿真结果进行对比,作出收敛性分析,并分析其误差产生的原因。