有限元方法及應(yīng)用大綱

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上鄭州大學(xué)課程教學(xué)大綱 課程名稱(chēng) 有限元方法及其應(yīng)用 所在院（系、所） 機(jī)械學(xué)院 適用專(zhuān)業(yè) 機(jī)械類(lèi) 大綱撰寫(xiě)負(fù)責(zé)人 填表日期 2012-7-1 學(xué)科、專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主任（簽字） 有限元方法及其應(yīng)用教學(xué)大綱課程編號(hào):課程名稱(chēng)：有限元方法及其應(yīng)用英文名稱(chēng)：Finite Element Method and Application開(kāi)課單位：機(jī)械工程學(xué)院 開(kāi)課學(xué)期：20142015學(xué)年第一學(xué)期課內(nèi)學(xué)時(shí)：20 教學(xué)方式：多媒體適用專(zhuān)業(yè)：機(jī)械類(lèi) 考核方式：考試預(yù)修課程：高等數(shù)學(xué)，線(xiàn)性代數(shù)，理論力學(xué)，材料力學(xué)，彈性力學(xué)一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù)有限元方法是一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中

2、，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本，是一種具有重要經(jīng)濟(jì)意義和巨大潛力的先進(jìn)技術(shù)。是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用有限元新技術(shù)，使學(xué)生對(duì)有限元的基本理論、基本方法有比較全面的理解，同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用有限元理論知識(shí)解決工程實(shí)踐的能力、創(chuàng)新創(chuàng)造的能力的課程。本課程的基本教學(xué)目的和任務(wù)是：1、初步掌握彈性力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)； 2、掌握數(shù)值分析方法的一般思想，學(xué)會(huì)用離散方法求解微分方程；3、掌握有限元方法的公式推導(dǎo)，以及不同單元類(lèi)型的選擇與應(yīng)用；4、掌握有限元方法程序的使用。5、掌握有限元軟件在工程問(wèn)題中的應(yīng)用（包括：零件、部件和整體機(jī)械產(chǎn)品的力學(xué)性能分析；機(jī)械產(chǎn)品的精態(tài)、動(dòng)態(tài)等問(wèn)題的求解）。該課程使學(xué)生掌握有

3、限元方法的基本概念和基本理論，掌握有限元分析的基本處理方法，熟悉常用有限元分析軟件在實(shí)際工程中的應(yīng)用，達(dá)到面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的。二、教學(xué)內(nèi)容及要求本課程分為基礎(chǔ)理論部分和程序部分。基礎(chǔ)理論部分主要介紹彈性力學(xué)基本知識(shí)、有限元方法處理的一般步驟，方程的建立和平面問(wèn)題，重點(diǎn)是有限元法的基本原理及表達(dá)格式的建立途徑、參數(shù)單元的一般原理和數(shù)值積分知識(shí)；程序部分有限元方法程序的使用，討論有限元結(jié)構(gòu)分析的流程以及有限元分析軟件ANSYS的使用，結(jié)合工程實(shí)際問(wèn)題，學(xué)習(xí)有限元軟件在工程問(wèn)題中的應(yīng)用（包括：零件、部件和整體機(jī)械產(chǎn)品的力學(xué)性能分析；對(duì)應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品的精態(tài)、動(dòng)態(tài)等問(wèn)題

4、的求解）。第一章 有限元方法導(dǎo)論（2學(xué)時(shí)）通過(guò)本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握有限元方法定義及基本求解步驟、發(fā)展過(guò)程等。教學(xué)內(nèi)容包括有限元的概述、有限元的發(fā)展及常用軟件介紹。重點(diǎn)：有限元基本概念，有限元方法基本求解步驟和有限元的基本原理。第二章 彈性力學(xué)基本原理（4）通過(guò)本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生學(xué)習(xí)彈性力學(xué)的基本概念和基本方程等。教學(xué)內(nèi)容彈性力學(xué)的概述、彈性力學(xué)基本參數(shù)、彈性力學(xué)的基本方程、變分原理和虛功原理等。重點(diǎn)：彈性力學(xué)基本變量，彈性力學(xué)的基本假設(shè)和彈性力學(xué)三大基本方程。第三章 平面問(wèn)題有限元法（4）通過(guò)本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握簡(jiǎn)單平面問(wèn)題的FEA求解過(guò)程，F(xiàn)EA的基本步驟和表達(dá)式；熟悉并能運(yùn)

5、用平面單元及坐標(biāo)變換方法。教學(xué)內(nèi)容三節(jié)點(diǎn)三角形單元、四節(jié)點(diǎn)矩形單元、高次三角形單元和矩形單元，并學(xué)習(xí)平面應(yīng)力和平面應(yīng)變類(lèi)零件的有限元分析。重點(diǎn)：對(duì)連續(xù)體單元特性進(jìn)行研究，2D多節(jié)點(diǎn)單元進(jìn)行構(gòu)造的過(guò)程，平面類(lèi)零件的有限元分析。第四章 空間問(wèn)題有限元法（4）通過(guò)本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握空間問(wèn)題基本方程的建立及3D單元的構(gòu)造，應(yīng)用參數(shù)單元的一般原理和數(shù)值積分知識(shí)。教學(xué)內(nèi)容常應(yīng)變四面體單元、二次四面體單元、六面體單元和空間等參數(shù)單元，并學(xué)習(xí)三維零件的有限元分析。 重點(diǎn)：了解熟悉單元?jiǎng)偠染仃嚨目s聚及位移函數(shù)構(gòu)造的收斂性要求。第五章 常用工程機(jī)械的有限元分析（4）通過(guò)本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握幾種典型機(jī)

6、械產(chǎn)品的零部件和整體分析。運(yùn)用前幾章所學(xué)知識(shí)，對(duì)不同機(jī)械產(chǎn)品的零部件進(jìn)行二維和三維造型，并進(jìn)行組裝，考慮接觸條件，加載各種實(shí)際工況邊界條件，對(duì)相應(yīng)產(chǎn)品的有限元模型進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度分析。重點(diǎn)：零部件的裝配和接觸問(wèn)題設(shè)置、各種邊界載荷的施加。 第六章 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的有限元法（4）通過(guò)本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握動(dòng)力學(xué)方程的求解方法，結(jié)構(gòu)模態(tài)分析、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容動(dòng)力學(xué)方程、單元質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、特征值問(wèn)題及其解法和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程的求解。重點(diǎn)：了解熟悉各種結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。各種單元的動(dòng)力學(xué)方程，利用幾何剛度矩陣，計(jì)算動(dòng)力響應(yīng)。 四、課程建設(shè)與改革（含教學(xué)思想、教學(xué)方法、教學(xué)手段） （黑體，小

7、4號(hào)字）課程采用多媒體和軟件操作實(shí)時(shí)交互的上課模式，由于本課程結(jié)合科研前沿，有較多的科研成果，可以通過(guò)多媒體電腦給學(xué)生演示，起到較為直觀(guān)的效果。課堂講課與學(xué)生查閱資料、進(jìn)行課堂討論相結(jié)合。通過(guò)反復(fù)練習(xí)，應(yīng)能處理基本工程應(yīng)用問(wèn)題仿真和模擬，獨(dú)立完成模型建立、材料屬性設(shè)置、網(wǎng)格劃分、載荷及后處理。上機(jī)操作10個(gè)學(xué)時(shí)。為了幫助學(xué)生掌握課程的基本內(nèi)容，培養(yǎng)獨(dú)立分析能力和一定的研究能力，初步布置作業(yè)2次，由于該課是涉及學(xué)科研究前沿，因此包括查閱相關(guān)論文，并適當(dāng)安排一定數(shù)量的分析討論。五、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配講課習(xí)題課討論課實(shí)驗(yàn)其他合計(jì)第一章22第二章24第三章226第四章226第五章227第六章227合計(jì)12820六、考核及成績(jī)?cè)u(píng)定方式根據(jù)平時(shí)上課出勤情況，課堂討論表現(xiàn)情況，作業(yè)完成情況及筆試與課后大作業(yè)相結(jié)合。七、教材和參考書(shū)目教 材：有限元分析及應(yīng)用劉揚(yáng)，劉巨保，羅敏編著，中國(guó)電力出版社，2008 參考書(shū)：1王勖成，邵敏著. 有限元法基本原理與數(shù)值方法(第2版). 清華大學(xué)出版社，19962王勖成. 有限單元法. 清華大學(xué)出版社，20033巴特，威爾遜著