19有限元理論及應(yīng)用教學(xué)大綱

1、 有限元理論及應(yīng)用課程教學(xué)大綱 課程代碼：010141035課程英文名稱：Finite element theory and application課程總學(xué)時(shí)：24 講課：24適用專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大綱編寫(xiě)（修訂）時(shí)間：2010.7一、大綱使用說(shuō)明(一) 課程的地位及教學(xué)目標(biāo)有限元法是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)本科（四年學(xué)制）的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。有限單元法是在當(dāng)今技術(shù)科學(xué)發(fā)展和工程分析中獲得最廣泛應(yīng)用的數(shù)值方法。由于它的通用性和有效性，受到工程技術(shù)界的高度重視。伴隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)已成為計(jì)算機(jī)輔助工程和數(shù)值仿真的重要組成部分。本課程為學(xué)生講述有限元法基本原理、基

2、本方法及有限元法在各領(lǐng)域的應(yīng)用。通過(guò)本課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握有限元基本理論和方法，同時(shí)通過(guò)一些工程實(shí)例的研究，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程問(wèn)題的能力。(二) 知識(shí)、能力及技能方面的基本要求通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生要對(duì)本課的基本內(nèi)容有系統(tǒng)的理解，掌握其基本概念、理論和方法，運(yùn)用這些理論分析，解決工程實(shí)際問(wèn)題，并達(dá)到如下要求：1. 掌握有限元法的基本概念、理論及發(fā)展趨勢(shì)。2. 具備建立簡(jiǎn)單機(jī)械工程問(wèn)題有限元模型的能力。3. 能夠應(yīng)用有限元軟件對(duì)簡(jiǎn)單機(jī)械結(jié)構(gòu)和零部件進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。(三) 實(shí)施說(shuō)明1. 本課程主要內(nèi)容:彈性力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、平面三角形及軸對(duì)稱單元，對(duì)其它單元要有一般性了解。在教學(xué)過(guò)程中注意理論與工

3、程實(shí)際的相結(jié)合，在講清基本理論的基礎(chǔ)上突出工程實(shí)際問(wèn)題應(yīng)用。2. 教學(xué)方法和教學(xué)手段:積極開(kāi)展多媒體教學(xué)和實(shí)際工程案例教學(xué)，充分利用幻燈、投影儀、音像、CAI等現(xiàn)代化教學(xué)手段，將該領(lǐng)域的一些科研成果作為案例，在課堂上為學(xué)生演示。以提高課堂效率和教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。3. 對(duì)學(xué)生的要求:基于學(xué)業(yè)規(guī)范的要求（道德行為規(guī)范、作業(yè)規(guī)范、實(shí)驗(yàn)規(guī)范等）,學(xué)生應(yīng)遵守沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)生手冊(cè)（本科生）中的有關(guān)條例，上課時(shí)認(rèn)真聽(tīng)講，獨(dú)立完成作業(yè)，努力做到不遲到、不早退。(四) 對(duì)先修課的要求在學(xué)習(xí)本課程之前，必須先修完高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、工程力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等課程，并達(dá)到這些課程的基本要求。(五)

4、對(duì)習(xí)題課、實(shí)踐環(huán)節(jié)的要求1. 對(duì)習(xí)題的要求:根據(jù)課程的基本概念，思想和方法應(yīng)用選擇習(xí)題。習(xí)題作業(yè)要能起到鞏固理論、掌握計(jì)算方法和技巧，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。學(xué)生必須獨(dú)立、按時(shí)完成課外作業(yè)，2. 對(duì)實(shí)踐的要求:本課程實(shí)踐性很強(qiáng)，所以必須設(shè)置教學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)使學(xué)生接受工程技術(shù)訓(xùn)練，才能確保本課程的教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到本課程教學(xué)要求。要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成課程實(shí)訓(xùn)上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并保證機(jī)時(shí)。(六) 課程考核方式1. 考核方式：考試2. 考核目標(biāo)：在考核學(xué)生對(duì)有限元基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考核學(xué)生的分析和解決問(wèn)題的能力。3. 成績(jī)構(gòu)成：課程總成績(jī)由期末考試成績(jī)確定。(七) 主要參考書(shū)目有限

5、單元法，王勖編，清華大學(xué)出版社，1990 有限單元法原理與應(yīng)用，朱伯芳編，水利電力出版社，2001彈性和塑性力學(xué)中的有限單元法，丁皓江編，機(jī)械工業(yè)出版社，1989彈性力學(xué)簡(jiǎn)明教程（第3版），徐芝綸編，高等教育出版社，2002。 二、中文摘要有限元法作為一種數(shù)值計(jì)算方法已經(jīng)在工程技術(shù)的許多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，它可以較方便地解決工程中許多過(guò)去感到棘手甚至無(wú)法解決的問(wèn)題，已成為求解固體力學(xué)問(wèn)題、熱傳導(dǎo)問(wèn)題、流體流動(dòng)問(wèn)題和電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)等問(wèn)題的一種有效的計(jì)算方法。根據(jù)需要，本課程主要介紹彈性有限元法的基本理論。三、課程學(xué)時(shí)分配表序號(hào)章節(jié)名稱學(xué)時(shí)講課實(shí)驗(yàn)上機(jī)1緒論22002彈性力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)66002.

6、1基本概念，平面問(wèn)題及平衡微分方程22.2幾何方程，協(xié)調(diào)方程及物理方程22.3邊界條件，圣維南原理及虛位移原理23平面問(wèn)題的有限元法1212003.1三角形常應(yīng)變單元23.2三角形常應(yīng)變單元及形函數(shù)性質(zhì)23.3形函數(shù)性質(zhì)及剛度矩陣23.4剛度矩陣，等效節(jié)點(diǎn)載荷與載荷列陣23.5收斂準(zhǔn)則，有限元分析的實(shí)施步驟23.6計(jì)算實(shí)例24軸對(duì)稱問(wèn)題44004.1基本方程24.2軸對(duì)稱問(wèn)題有限元方法2合計(jì)2424四、教學(xué)內(nèi)容及基本要求第1部分 緒論總學(xué)時(shí)(單位：學(xué)時(shí)):1 講課:1 實(shí)驗(yàn):0 上機(jī):0具體內(nèi)容：1) 介紹有限單元法在機(jī)械設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及科學(xué)研究中的作用和地位；2) 有限單元法的任務(wù)；3) 有

7、限單元法的發(fā)展過(guò)程、基本內(nèi)容和它在教學(xué)計(jì)劃中的地位；學(xué)習(xí)方法等等。重 點(diǎn)：掌握CAE 發(fā)展歷史和現(xiàn)狀。第2部分 彈性力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)總學(xué)時(shí)(單位：學(xué)時(shí)):8 講課:8 實(shí)驗(yàn):0 上機(jī):0具體內(nèi)容：1) 基本概念；2) 基本方程3) 邊界條件；4) 彈性力學(xué)平面問(wèn)題；5) 圣維南原理及虛位移原理。重 點(diǎn)：領(lǐng)會(huì)體力、面力、應(yīng)力、應(yīng)變和位移的基本概念，并熟悉記號(hào)等規(guī)定，掌握彈性力學(xué)的基本假定、平面問(wèn)題基本方程和應(yīng)力邊界條件。難 點(diǎn)：應(yīng)力邊界條件。習(xí) 題: 平面問(wèn)題基本方程和應(yīng)力邊界條件。 第3部分 平面問(wèn)題的有限元法總學(xué)時(shí)(單位：學(xué)時(shí)):12 講課:12 實(shí)驗(yàn):0 上機(jī):0具體內(nèi)容： 1) 三角形常應(yīng)變單元；2) 形函數(shù)的性質(zhì)、剛度矩陣；3) 等效結(jié)點(diǎn)力和載荷列陣；4) 收斂準(zhǔn)則、有限元分析的實(shí)施步驟、計(jì)算實(shí)例重 點(diǎn)：平面三角形單元的基本理論。難 點(diǎn)：?jiǎn)蝿傆?jì)算、總剛組集方法、單元載荷的移置、結(jié)點(diǎn)位移、單元應(yīng)力的計(jì)算習(xí) 題: 單元的位移函數(shù)計(jì)算、單剛計(jì)算、總剛組集方法、單元載荷的移置、結(jié)點(diǎn)位移、單元應(yīng)力的計(jì)算。第4部分 軸對(duì)稱問(wèn)題總