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1、有限元方法及应用课程教学大纲课程编码：AL041330课程性质：专业任选课程适用专业：机械设计制造及其自动化学时学分：24学时1.5学分所需先修课：高等数学、线性代数、材料力学、理论力学等编写单位：机电工程学院一、课程说明1 .课程简介本课程是为机械设计制造及其自动化专业本科生开设的一门专业任选课程， 主要讲解有限单元法的基本理论、各种专题技术、有限元新技术发展、有限元法 软件及其应用案例的学习以及上机学习和工程问题分析实践等，使学生初步掌握 有限单元法思想方法、分析步骤、各种基本单元及应用，熟悉常用有限单元法工 程软件结构、功能及其在常见工程实际问题中的具体应用，了解有限单元法的最 新技术发
2、展等。该课程先修课程：高等数学、线性代数、理论力学、材料力学等； 后续课程：现代设计方法、机械优化设计、电脑辅助工程分析等。2 .教学目标要求本课程的基本教学目的和任务是：3 ）初步掌握弹性力学的基础知识；4 ）掌握数值分析方法的一般思想，学会用离散方法求解微分方程；5 ）掌握有限元方法的公式推导，以及不同单元类型的选择与应用；6 ）掌握有限元方法程序的使用。7 ）掌握有限元软件在工程问题中的应用。该课程使学生掌握有限元方法的基本概念和基本理论，掌握有限元分析的基 本处理方法，熟悉常用有限元分析软件在实际工程中的应用，达到面向社会需求 培养人才，全面提高工程教育人才培养质量的目的。8 .教学重
3、点难点课程教学重点和难点包括有限单元法的基本理论、各种专题技术的具体应 用、有限元法代表性软件及其具体应用等。9 .学时分配表5.主要教法、学法次序教学内容理论课 学时数实验（实践） 课学时数第一部分第一章有限元分析的原理2第二章有限元分析的数学基础2第三章杆件结构的有限元分析原理22第四章连续体弹性问题的有限元分析原理2第二部分第五章FEA软件、力学建模及应用2弟八早应用案例：带孔平板的有限元建模与 受力22第七章应用案例：受压筒体有限元建模与受 力分析22第八章应用案例：轴承座的有限元建模与应 力分析22小计168总计24本课程采用板书与多媒体课件结合的方式进行课堂教学。积极开展多媒体教
4、学和实际工程案例教学，充分利用幻灯、投影仪、音像、CAI等现代化教学手段, 将该领域的一些科研成果作为案例，在课堂上为学生演示。以提高课堂效率和教 学效果，激发学生的学习兴趣。10 考核方式及标准本课程为考查课程，期末考试为大作业、上机练习等形式。学生的课程总评 成绩由平时成绩（占50%）和期末考试成绩（占50%）两部分构成，平时成绩占 30%,出勤、作业、课堂测验、学习主动性等占20吼 二、各部分教学纲要第一部分有限元单元法基础第一章有限元分析的原理（2学时）教学目标使学生了解有限元分析的原理、掌握有限元分析的基本思想；掌握有限元分 析的弹性力学基础知识。本章重点有限元法的基本思想和发展历史
5、；领会体力、面力、应力、应变和位移的基 本概念，并熟悉记号等规定，弹性力学的基本假定、平面问题基本方程和应力边 界条件。本章难点平面问题基本方程、应力边界条件。教学内容1引论1.1 各力学学科分支的关系（对象、变量、方程、求解途径）任意变形体力学分析的基本变量及方程1.2 有限元方法的思路及发展过程2弹性力学基础2.1 变形体的描述与变量定义弹性问题的基本方程2.2 讨论（1D拉杆、平面应力、平面应变、刚体位移）第二章有限元分析的数学基础（2学时）教学目标掌握有限元分析的数学求解原理。本章重点弹性力学问题近似求解的虚功原理和最小势能原理。本章难点弹性力学问题近似求解的虚功原理和最小势能原理。教
6、学内容1有限元分析的数学基础1.1 简单问题的解析求解（1D拉杆、弯曲梁）弹性问题近似求解的加权残值法1.2 最小势能原理及其变分基础各种求解方法的特点及比较第三章杆件结构的有限元分析原理（2学时）教学目标掌握杆件结构的有限元分析原理。本章重点有限元分析的基本步骤、杆单元及其坐标变换。本章难点平面桁架单元的坐标变换。教学内容1杆件结构的有限元分析原理1.1 FEA求解的完整过程有限元分析的基本步骤及表达式1.2 杆单元及坐标变换梁单元及坐标变换第四章连续体弹性问题的有限元分析原理（2学时）教学目标掌握连续体的有限元分析原理。本章重点平面问题的单元构造。本章难点平面问题的单元构造。教学内容连续体
7、弹性问题的有限元分析原理1.1 连续体的离散过程及有限元分析过程表达式2D单元（三节点，四节点）的构造1.2 轴对称问题的单元的构造3D单元（四节点四面体，八节点六面体）的构造1.3 等参单元的一般原理第二部分 ANSYS软件应用（共8学时）第五章FEM软件、力学建模及应用（2学时） 教学目标熟悉ANSYS的基本操作，掌握基于ANSYS有限元分析和建模的基本方法。本章重点ANSYS的建模过程和分析结果解读。本章难点ANSYS的建模过程和分析结果解读。教学内容现代有限元分析系统介绍1.1 有限元分析系统(FEA)基于有限元方法的高精度分析与优化设计1.2 基于有限元分析的计算机辅助工程CAECA
8、D与CAE的交互一体化第六章应用案例：带孔平板的有限元建模与受力分析(2学时)教学目标掌握平面应力问题的结构有限元建模、单元选用及网格划分标准、边界约束 条件处理以及受力分析与载荷处理。本章重点ANSYS基于图形界面(GUI)的交互式操作；单元选用与网格划分以及边界约 束。本章难点单元选用和网格划分。教学内容1带孔平板的有限元建模与受力分析1.1 基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step)带孔平板有限元建模1.2 带孔平板的边界条件和载荷施加2.4带孔平板的有限元求解1.5结果分析第七章应用案例：受压筒体的有限元建模与应力变形分析(2学时)教学目标掌握平面应变结构的有限元建
9、模、单元选用及网格划分标准、边界约束条件 处理以及受力分析与载荷处理。本章重点ANSYS基于图形界面(GUI)的交互式操作；单元选用与网格划分以及边界约 束。本章难点单元选用和网格划分。教学内容1受压筒体的有限元建模与应力变形分析1.1 基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step)受压筒体的有限元建模1.2 受压筒体的边界条件和载荷施加受压筒体的有限元求解1.3 结果分析第八章应用案例：轴承座的有限元建模与应力变形分析(2学时)教学目标掌握三维实体结构的有限元建模、单元选用及网格划分标准、边界约束条件 处理以及受力分析与载荷处理。本章重点ANSYS基于图形界面(GUI)的交互
10、式操作；单元选用与网格划分以及边界约 束O本章难点单元选用和网格划分。教学内容1轴承座的有限元建模与应力变形分析1.1 基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step)轴承座的有限元建模1.2 轴承座的边界条件和载荷施加轴承座的有限元求解1.3 结果分析实验部分本课程实践环节共安排四个工程案例，由学生独自上机完成，共8学时。实验一：平板的有限元建模与应力变形分析（2学时）实验二：受内压作用的管道的有限元建模与分析（2学时）实验三：平面桁架的有限元建模与分析（2学时）实验四：高速旋转轮盘的有限元建模与分析（2学时）三、教材及教学资源使用教材：曾攀.有限元分析及应用（第一版）.清华大学出版社，2004 参考书：1王勖成.有限单元法基本原理和数值方法.北京：清华大学出版社，19972朱伯芳.有限单元法原理与应用.北京：中国水利水电出版社，19983王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践.西安：西北工业 大学出版社，1999