《有限元法》课程教学大纲.docx

有限元法B一、课程介绍有限单元法是一种常用的高效求解偏微分方程的数值计算方法，具有精度高、 适应性强以及计算格式规范统一等优点，已随着计算机的开展广泛应用于机械、汽 车、航空、航天、船舶、土木、核工程等许多领域，成为现代设计中的重要工具和 解决工程问题不可或缺的手段。有限元法B是非力学专业本科学生的学科基础课程，属于初等有限元范畴。 本课程注重对学生数学建模思想、逻辑思维能力、计算思维和数值分析能力的培养, 通过学习有限元法的基本思想、数学原理、基本步骤和数值处理技术，学习并实践 运用大型通用有限元商业软件，旨在培养学生离散的感念、数值思维方法与研究 思路；理解和掌握有限元求解弹性力学问题的基本方法和过程；具备有限元分析的 一定能力以及应用大型有限元通用软件解决结构力学问题的能力。并为后续学习高 等有限元课程、应用大型专业CAE软件解决专业领域内的工程实际问题奠定基础。本课程所讲述的内容有有限元法概论、平面弹性力学问题的有限元法、轴对称 及三维问题有限元法、高精度单元与等参元、结构分析有限元法的实现等共5章， 教学局部共包含理论20学时，上机实验4学时。以“平时成绩+实验成绩+开卷考 试”的形式结课。IntroductionFinite element method (FEM) is an efficient numerical method forsolving partial differential equations, with accurate representation ofcomplex geometry, inclusioncomplex geometry, inclusionrepresentation of the totalcalculating the advantages ofdevelopment of the computerof dissimilar material properties, easy solution, capture of local effects, and unified format specification, has with the is widely used in machinery, automobile, aviation, aerospace, shipbuilding, civil engineering, nuclear engineering and many other areas, become an important tool in modern design and the indispensable means to solve engineering problems.Finite element method B is a basic course for non-mechanics undergraduates, which belongs to the category of elementary finite element. It focuses on the cultivation of students' mathematical modeling thinking, logical thinking ability, computational thinking and numerical analysis ability. The purpose of curriculum teaching design in FEM basic idea, mathematical principle, basic steps and numerical processing tecniques , also learning and practicing the Large universal finite element business software, is to cultivate students' discrete perception, numerical thinking methods and research ideas, help students understand and master FEM and the process of solving elastic mechanics problems with the method, to improve ability of finite element analysis and solving structural mechanics problems with Large finite element commercial software. Also it builds up a strong foundation for subsequent study of advanced FEM courses and the application of large-scale professional CAE software to solve practical engineering problems in the professional field.This course covers five chapters, including the introduction, FEM for plane elastic mechanics problems, FEM for axial symmetry and 3-D problems, high-precision element and isoparametric element, and realization of FEM for structural analysis. The arrangement is 20 hours for theoretical learning and 4 hours for computer experiment. The class will be concluded in the form of "usual score + experiment score + open-book examination”.课程基本信息课程名称有限元法B课程编码432505英文名称Finite element method B课程学时24课程学分1.5课程类别学科基础课程课程性质选修课开课学期第6学期课内实验学时4适用专业材料成型及控制工程、材料科学与工程（高分子材料与工程模块）开课单位材料加工工程系选用教材有限元基础教程.高等教育出版社.曾攀编著.主要参考书1 .有限单元法基本原理和数值方法.清华大学出版社.王勖成编著.2 .有限元分析及应用.清华大学出版社.曾攀主编.3 .有限元法教程.哈尔滨工业大学出版社.王守信主编.二、教学大纲1、教学目的有限元法B为材料成型及控制工程专业学科基础选修课。开设此课程的目的培养学生 数值思维方法与研究思路，理解有限元法的基本思想、数学原理和数值处理技术，具备有限元 分析的一定能力，掌握大型通用有限元商业软件求解结构力学问题的实际技能。并为后续课程 学习、解决专业领域内的工程实际问题奠定基础。2、教学要求有限元法B这门课程包含的内容既有数学和力学知识，还需要很多工程经验知识， 所以需要多媒体教学并辅以黑板教学和上机实践相结合的方式。通过黑板和多媒体教学课件 进行原理、方法的分析、推导；利用多媒体动画教学课件，结合典型实用案例和相关软件上 机实践展示数学、力学计算结果。教师要积极备课，对课程内容要融会贯通，切忌照本（幕） 宣科。做到授课内容与大纲相符，注重平时成绩（作业和实验）积累，成绩评价体系标准真 实、严谨、公平、公正、公开，能促使学生学习的积极性。3、预备知识或先修课程要求本课程是学科基础课程，要求有线性代数、计算方法、理论力学、材料力学等先修课程， 还需拥有弹性力学基本常识，并熟练掌握微型计算机的操作。4、教学方式3课程由理论课堂和实验操作引导两局部组成，主要采用多媒体教学、黑板教学和辅助上机 实践相结合的教学方式。理论授课20学时，教师讲授为主；实验操作引导4学时，以学生操 作、设计为主，教师引导、答疑为辅。5、实验环境和设备（1）硬件环境：每个学生一台微型计算机及基本设备。（2）软件环境：ANSYS软件（或MSC通用商业软件）。6、课程教学内容及学时分配第1章有限元法概论（2学时）工程问题求解方法1.1 有限元基本思想与一般过程有限元法求解过程及特点1.2 有限元法开展及应用第2章 平面弹性力学问题的有限元法（8学时）弹性力学问题的回顾2.1 平面问题及其方程单元位移函数（位移插值模式）2.2 单元刚度分析整体刚度矩阵的集成2.3 形成外载荷列向量边界条件的处理第3章 轴对称及三维问题有限元法（3学时）三维问题的有限元法3.1 轴对称问题及其方程用虚功方程建立轴对称问题有限元方程3.2 轴对称问题单元及三结点单元位移函数三结点单元刚度矩阵3.3 载荷移置第4章 高精度单元与等参元（3学时）4.1平面四节点矩形单元4. 2等参变换与等参数单元4.4常用等参单元4.5平面等参单元的单元分析第5章 有限元软件、力学建模及其应用（8学时）大型商业软件介绍5.1 现代有限元分析系统及建模过程基于有限元分析的CAE过程。5.2 平面弹性问题有限元建模及受力分析实例。7、实验工程内容、学时分配、实验小组序 号实验工程内容提要实验 类型学时 分配分组人数实验地点教学 要求1有限元静力 分析上机实践了解ANSYS前处理模块、 分析计算模块和后处理 模块；尝试进行带孔平板 的有限元受力分析基础性41材料加 工工程 实验室依据实验效 果进行评 价：优秀、 良好、合格 及不合格。8、考核要求、考核方式及成绩评定标准（1）课程考核成绩由期末考试（70%）、课堂作业（15%）和实验效果（15%）三局部组成。（2）期末考试以开卷形式，采用统一评分标准，公正、公平、公开。（3）平时作业和实验效果评价，分优秀、良好、合格及不合格4个等级记载，期末采用 加权累计的方法计分。（4）最终课程考核成绩采用百分制，总分值100分，60分为及格。9、其他说明无