《有限元法2》课程教学大纲.docx
有限元法2教学大纲一、课程基本信息课程名称有限元法Finite Element Method课程编码PLC310821020开课院部储运与建筑工程学院课程团队计算力学教学团队学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时32适用专业机械工程授课语言中文先修课程高等数学（2-1）、高等数学（2-2）、理论力学、材料力学课程简介（限选）本课程是为机械工程、机械设计制造及其自动化、安全工程、土木工程及材料成型及控制工程等专业的本科生开设的选修课程，主要 介绍有限单元法的基本概念、基本理论和应用。主要内容包括：有限元法的数学力学基础、杆系结构和弹性力学问题的有限单元法；单元 和插值函数、等参元和数值积分；热传导问题、动力学问题、非线性问题有限单元法简介；有限元软件C0MS0L的应用等。通过本课程学 习，使学生掌握有限元法的基本概念、基本理论、基本方法的基础上，能够根据具体问题的特点，正确地选取单元类型进行有限元法的计 算与分析；为熟练利用COMSOL等有限兀软件解决工程实际问题提供必要的理论基础。This course is an optional course for undergraduates majoring in mechanical engineering, mechanical design and manufacturing and its automation, safety engineering, civil engineering, material forming and control engineering, etc, this paper mainly introduces the basic concept, basic theory and application of finite element method. The main contents include: the mathematical and mechanical basis of finite element method, the finite element method for bar structure and elastic mechanics problems; Element and interpolation function, isoparametric element and numerical integration; Heat conduction problem, dynamics problem, introduction to Finite element method for nonlinear problems; Application of finite element software COMSOL, etc. Through the study of this course, on the basis of mastering the basic concepts, theories and methods of finite element method, students can, according to the characteristics of specific problems, correctly select element types for calculation and analysis of finite element method; It provides necessary theoretical basis for skillfully using COMSOL and other finite element software to solve practical engineering problems.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 ：理解有限元法的基本概念和数学力学基础是2. 32.32M2目标2 ：掌握杆系结构和弹性力学问题的有限元法是5.25.23M3目标3 ： 了解有限元法在复杂问题中的应用及C0MS0L软件是10. 110. 1三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课 程目标课内 学时教学方式课外学时课外环节1第1章第1章有限元法 概论本章重点难点：有限单元法的概念和普遍适用性t /2/21. 1L1什么是有限单 元法？有限单元法基本思想和普遍适用性Ml1讲授/31.21.2有限单元法的 发展简介有限单元法的发展简介Ml1讲授/ /4第2章第2章有限元法 数学基础本章重点难点：泛函与变分概念，欧拉方程推导，等效积分弱 形式/6/52. 12.1泛函与变分概 念泛函与变分概念M1,M22讲授/ / /62.22. 2变分原理和里 兹法欧拉方程推导，微分方程的等效积分形式，Ml, M22讲授2课后作业72.32. 3加权余量法概念，配点法、子域法、最小二乘法、伽辽金法Ml, M22讲授2课后作业8第3章第3章弹性力学 基本概念与位移变 分法本章重点难点：弹性力学的变分原理/6/93. 13.1弹性力学基本 概念外力、内力、应力和应变的概念Ml, M22讲授/103.23.2弹性力学平面 问题提法弹性力学的基本方程Ml, M22讲授2课后作业113. 33. 3能量原理与位 移变分法弹性力学的变分原理Ml, M22讲授2课后作业12第4章第4章弹性力学 问题的有限元法本章重点难点：单元位移模式及插值函数的构造，利用最小势 能原理建立有限元方程/8/134. 14.1弹性平面问 题的有限元格式单元位移模式及插值函数的构造，利用最小势能原理建立有限 元方程，单元刚度矩阵，等效结点载荷，边界条件处理M2, M32讲授/144.24.2广义坐标有 限元法的一般格式广义坐标有限元位移模式的选择和插值函数的构造，弹性力学 问题有限元分析的执行步骤。M2, M32讲授2课后作业154.34. 3有限元法解的 性质和收敛准则有限元解的收敛准则，收敛准则的物理意义，有限元法位移解 的下限性质M2, M32讲授2课后作业164.44.4轴对称问题的 有限元格式3结点三角形环状单元的插值函数及应力应变矩阵，3结点三角 形环状单元的单元刚度矩阵，3结点三角形环状单元的等效结 点载荷M2, M31讲授/174.54. 5等参元概念、 高斯积分等参元概念，高斯积分M2, M31讲授/18第5章第5章杆系结构 的有限单元法本章重点难点：平面桁架单兀，平面刚架单兀，平面桁架单兀 的坐标变换，平面刚架单元的坐标变换6/195. 15.1单元刚度矩阵二力杆单元，平面梁单元，平面桁架单元，平面刚架单元，单 元刚度矩阵的性质M2, M32讲授2课后作业205.25. 2单元坐标变换平面桁架单元的坐标变换，平面刚架单元的坐标变换M2, M32讲授2课后作业215.35. 3整体刚度分析结构刚度方程的建立，结构刚度矩阵的集成，结构位移约束的 处理，非结点载荷的简化M2, M32讲授2课后作业22第6章第6章有限单元 法专题与软件应用本章重点难点：非线性方程组的解法，弹塑性增量有限兀分 析，几何非线性问题的表达和大变形有限元方程4/236. 16. 1有限单元法专 题介绍动力学问题、材料非线性、几何非线性、流固耦合问题的有限 元法简介M32讲授4自学资料246.26. 2借助有限元软C0MS0L 概述,C0MS0L 算例M32讲授10课后作业件建模分析的基本 步骤四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1 .布置4-6次平时作业2 .课后完成，根据作业情况评分20%2结课报告1 .内容包括：专题理论学习和三个大作业题目，要求形成结课报告（word文档）。2 .评分标准：计算（15%） +理论（10册+格式（5%）30%3期末考试1 .闭卷考试，采用百分制，成绩总分10。分。2 .重点考核学生基本知识概念、综合分析与解决问题能力。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml平时作业20%A-独立思考、按时完成，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确；B-独立思考、按时完成，解题 思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确；C-独立思考、按时完成，解题思路比较清晰、步骤 比较完整、格式比较合理、答案准确；D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱2Ml结课报告30%A-力学模型合理，计算准确；B-力学模型合理，计算基本可靠；C-力学模型建立基本合理；D-力学模型建 立不合理3Ml期末考试50%卷面成绩4M2平时作业20%A-独立思考、按时完成，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确；B-独立思考、按时完成，解题 思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确；C-独立思考、按时完成，解题思路比较清晰、步骤 比较完整、格式比较合理、答案准确；D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱5M2结课报告30%A-力学模型合理，计算准确；B-力学模型合理，计算基本可靠；C-力学模型建立基本合理；D-力学模型建 立不合理6M2期末考试50%卷面成绩7M3平时作业20%A-独立思考、按时完成，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确；B-独立思考、按时完成，解题 思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确；C-独立思考、按时完成，解题思路比较清晰、步骤 比较完整、格式比较合理、答案准确；D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱8M3结课报告30%A-力学模型合理，计算准确；B-力学模型合理，计算基本可靠；C-力学模型建立基本合理；D-力学模型建 立不合理9M3期末考试50%卷面成绩评分等级说明：A, B, C, D, E = 90-100, 80-89, 70-79, 60-69, 0-59; A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; A, B, C=90-100, 75-89, 60-74, 0-59; M, N=80-100, 0-79六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1基于MATLAB的有限元与ANSYS应用，科学出版社，2015, ISBN:9787030453433. （*主教材）2图书1有限元分析基础教程，曾攀，高等教育出版社，2009, ISBN:9787040258417. （*主教材）3图书工程有限单元法，署恒木，仝兴华，中国石油大学（华东）出版社，2003, ISBN:9787563645558.4图书 Concepts and Applications of Finite Element Analysis, 4th Edition, Robert D. Cook, David S. Malkus, Michael E. Plesha, Robert J. Witt, John Wiley and Sons, 2003, ISBN:9780471356059.5图书 Finite Element Procedures, Klaus J. Bathe, Prentice Hall, Pearson Education, Inc., 2016, TSBN:978-0-9790049-5-7.
