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1、计算力学教学大纲课程英文名Computational Mechanics课程代码B0801Z03学分3.5总学时56理论学时48实验/实践学时 8课程类别学科基础课课程性质限选先修课程流体力学，弹性力学，计算方法，C 语言程序设计适用专业工程力学开课学院计量测试工程学院执笔人审定人制定时间2022年11月注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（-）课程地位计算力学是工科院校工程力学专业的学科必修课，学习本课程的目的是为了使学生对数 值模拟方法及其它常用计算力学方法有初步的了解，理解这些方法所涉及的基本概念和数学理论 及实现方式，并对
2、用有限差分方法、有限体积方法和有限元方法求解力学问题有初步了解，能解 决简单力学问题的数值计算。（二）课程目标1 ,使学生理解数值计算方法在工程中的价值及应用；2,使学生理解微分方程类型，数值计算基本思想，坐标转换和网格划分方法；3,使学生掌握有限差分法基本原理，离散方法，误差来源，实现简单问题的数值计算；4,使学生掌握有限体积法基本原理，离散方法，误差来源，实现简单问题的数值计算；5,使学生了解有限元法基本原理和方法，实现简单问题的程序计算；6.激发学生爱国情怀，培养学生精益求精的工作精神。二、课程目标达成的途径与方法以课堂教学为主，结合自学、课堂讨论、课后作业等。课堂教学，结合工程案例讲解
3、有限差分、有限体积和有限元等内容的主要理论和计算方法;课堂讨论，以小组为单位对课堂重点内容进行讨论；课堂实践，通过对算法的理解，实现微分方程计算编程，并调试运行；课后作业，安排与课堂重点内容相关的课后作业，帮助学生课后掌握知识点；自学，课后自学Matlab和C语言编程，为课程程序设计打下基础。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求5毕业要求6毕业要求7毕业要求9课程目标1MMMH课程目标2MMHL课程目标3MMMH课程目标4MMHM课程目标5MMMH课程目标6MMMH四、课程主要内容与基本要求第一章绪论了解计算力学的发展简史和研究内容，了
4、解计算力学和其他学科的关系以及计算力学的一般 研究方法，熟悉流体力学基本控制方程组。第二章微分方程分类掌握克莱默法则，对微分方程进行分类，理解不同种类微分方程影响域和依赖域。第三章有限差分方法掌握有限差分的基本概念，包括函数的表示，单变量函数的有限差分公式和多变量函数的有 限差分公式。掌握差分方程与差分格式构造，主要包括微分方程以及定义，常微分方程的差分格 式构造与求解以及偏微分方程的差分格式构造与求解。掌握差分格式的收敛性和稳定性的基本概 念和判断准则。同时理解差分解法在流体力学中的应用。第四章 坐标变换和网格生成理解网格坐标变换的作用，了解坐标变换方法；了解不均匀网格画法，了解结构化网格和
5、非 结构化网格。能对简单结构画网格。第五章有限体积法掌握有限体积法的基本概念，理解压力耦合方程组的半隐式方法（SIMPLE算法）的基本概 念；掌握扩散方程和波动方程有限体积的计算。第六章有限元法理解有限元的直观方法和基本概念，包括杆和梁的分析。理解有限元法的一般化理论、基本 思想及其实现，包括有限元法的基本思想，分析问题的主要步骤，结构区域离散化的一般原则。 介绍形函数、坐标变换和等参元的基本概念。了解平面问题有限元法及其应用，包括位移插值函 数，单元应变、应力矩阵，整体有限元方程的建立，整体总刚度矩阵的性质以及存贮技术，边界 约束条件的处理和有限元方程求解等。了解流体力学有限元分析初步，不可
6、压缩无粘性流动，平 面稳定渗流问题，圆柱体绕流有限元分析实例。第七章LBM的方法了解格子玻尔兹曼数值方法，理解原理、步骤、技术细节、应用场合以及常见算例。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务（作业、自学、讨论等 任务要求）对应课程目 标第1章1.1绪论2课后自学“流体中文网”内容课程目标1,6第2章流体力学控制方程组2课后自学“粘性流体力学”内容课程目标2第2章微分方程数学性质对CFD的影 口向4课后作业1:偏微分方程分类， 推导Jacobi矩阵课程目标2第3章离散化的基本方法4课后作业2：推导一阶和二阶导 数的各差分格式课程目标3第3章差分格式稳定性4课后作业3：各种方程的稳定性 分
7、析课程目标2第4章网格生成与坐标变换8课后作业4：二维网格生成课程目标3第4章拟一维喷管流动的数值解6课后作业5：拟一维喷管流动数 值模拟程序课程目标3,6第5章有限体积法基本原理6课后作业6：热扩散方程求解课程目标4,6第6章有限元法14课后作业7：梁的计算课程目标5第7章LBM方法6自学相关资料课程目标5六、实践环节及基本要求序 号实验项目名称学时基本要求学生任 务实验性 质实验 类别1网格生成2完成一维喷管网格生成验证综合性必做2拟一维喷管流动 的数值解3完成一维喷管流动数值计算验证综合性必做3一维平板传热计 算3完成一维平板传热数值计算验证综合性必做4梁有限元计算2完成结构数值计算验证综合性必做注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。七、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核含到课率、课堂讨论发言、平时 作业等平时记录40%期末考核论文和面试报告质量及问题回答情 况60%考核类别考查成绩登记方式五级制八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：1 .计算流体力学基础及其应用，安德森著，机械工业出版社，2007,第一版 （-）主要参考书：1 .计算力学，王省哲，兰州大学出版社，2006.流体力学数值方法，章本照，机械工业出版社，2003