《工程應(yīng)用軟件A》課程教學(xué)大綱

《工程應(yīng)用軟件A》教學(xué)大綱課程英文名EngineeringapplicationsoftwareA課程代碼B0801Z06學(xué)分4總學(xué)時64理論學(xué)時16實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時48課程類別專業(yè)課課程性質(zhì)必修先修課程流體力學(xué)、C語言適用專業(yè)工程力學(xué)開課學(xué)院計(jì)量測試工程學(xué)院注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位ANSYS是通用著名的工程應(yīng)用軟件，在流體/固體建模中被廣泛應(yīng)用。本課程主要講解了利用ANSYS進(jìn)行流體/固體分析的具體方法和技巧，并通過大量實(shí)例系統(tǒng)地介紹了建模、計(jì)算以及后處理的詳細(xì)過程。ANSYS軟件包含非常豐富、經(jīng)過工程確認(rèn)的物理模型。（二）課程目標(biāo)1.知識水平教學(xué)目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握模擬流場、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流、動/變形網(wǎng)格以及結(jié)構(gòu)受力分析等問題。2.能力培養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生將工程實(shí)際問題提煉成力學(xué)問題（即力學(xué)建模），從而通過軟件進(jìn)行求解的能力，利用此課程對學(xué)生進(jìn)行工程力學(xué)專業(yè)綜合教育作用，并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和形成專業(yè)的思維方式。3.素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)能艱苦奮斗，有踏實(shí)的科學(xué)精神、積極向上的學(xué)風(fēng)和對工程力學(xué)專業(yè)知識的喜歡及對社會的奉獻(xiàn)精神。4.思政和勞務(wù)教育目標(biāo)通過本課程的德育學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生理解本課程中蘊(yùn)含的文化基因和價值范式，在專業(yè)知識的學(xué)習(xí)中不斷進(jìn)行理想層面的精神指引，激勵學(xué)生自覺把個人的理想追求融入到實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，結(jié)合課后作業(yè)、課堂討論、小組大作業(yè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等。課堂教學(xué)：講述工程應(yīng)用軟件的基本控制方程和基本求解方法，講解通用控制方程的原理、網(wǎng)格劃分、邊界條件等，通過講解結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析和動力學(xué)分析，讓學(xué)生對相關(guān)概念、理論有基本的了解和掌握。課后作業(yè)：工程應(yīng)用軟件課程理論較多同時與工程實(shí)際關(guān)系緊密，課后習(xí)題可幫助學(xué)生加深對相關(guān)理論和概念的理解，通過習(xí)題訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問題的能力。課堂討論：工程應(yīng)用軟件課程中有些內(nèi)容比較抽象，有些問題可以有多種解決途徑，通過安排2-3次課堂討論調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，鼓勵學(xué)生批判精神，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)：工程應(yīng)用軟件課程非常注重理論與實(shí)踐的聯(lián)系，通過流場、溫度場數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)靜力分析和結(jié)構(gòu)動態(tài)分析，讓學(xué)生直接觀察和感受到流體/固體力學(xué)的計(jì)算和顯示，加深對相關(guān)理論的理解，體會從實(shí)踐到理論再從理論到實(shí)踐的科學(xué)精神和科學(xué)方法。思政和勞務(wù)教育：學(xué)習(xí)我國科學(xué)家錢學(xué)森、周培源、陸士嘉等在流體力學(xué)發(fā)展中的突出貢獻(xiàn)和愛國情懷，介紹我國古代詩詞中對流體力學(xué)現(xiàn)象觀察和描述的佳句以及著名水利工程，了解現(xiàn)代計(jì)算流體力學(xué)在我國航空航天中的重要應(yīng)用，最后介紹我國當(dāng)前自主流體力學(xué)仿真軟件面臨的“卡脖子”問題，激勵學(xué)生投身至我國自主可控流體力學(xué)仿真軟件研發(fā)中。三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）畢業(yè)要求5畢業(yè)要求6畢業(yè)要求7畢業(yè)要求8畢業(yè)要求9畢業(yè)要求12課程目標(biāo)1HMMHMM課程目標(biāo)2HMMHMM課程目標(biāo)3MMHMMH注：1.支撐強(qiáng)度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）。課程主要內(nèi)容與基本要求第一章緒論（4學(xué)時） 內(nèi)容要求：學(xué)習(xí)我國科學(xué)家周培源、陸士嘉在流體力學(xué)發(fā)展中的貢獻(xiàn)和愛國情懷；了解工程應(yīng)用軟件簡介；了解ANSYS軟件簡介；了解ANSYS的功能模塊和分析過程。重點(diǎn)：ANSYS的功能模塊和分析過程。難點(diǎn)：ANSYS的功能模塊和分析過程。第二章前處理 （8學(xué)時） 內(nèi)容要求：了解前處理軟件；理解專用的前處理器（Gambit）；掌握Gambit操作步驟及應(yīng)用實(shí)例；掌握ANSYSICEMCFD11.0應(yīng)用實(shí)例；掌握ANSYS結(jié)構(gòu)建模；掌握ANSYS結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分。重點(diǎn)：掌握Gambit操作步驟及應(yīng)用實(shí)例；Meshing網(wǎng)格劃分。難點(diǎn)：Gambit操作步驟；Meshing網(wǎng)格劃分操作步驟。第三章ANSYS基本模型及理論基礎(chǔ) （8學(xué)時） 內(nèi)容要求：介紹古代詩詞對流體力學(xué)現(xiàn)象的描述和著名水利工程；理解ANSYS軟件中博采眾長的物理模型；理解傳熱計(jì)算基礎(chǔ)；掌握求解傳熱問題的基本步驟；了解化學(xué)反應(yīng)、壁面表面化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)蒸汽沉積以及微粒表面化學(xué)反應(yīng)；掌握結(jié)構(gòu)分析中的材料屬性定義，邊界條件的設(shè)置，載荷的施加等內(nèi)容。重點(diǎn)：求解傳熱問題的基本步驟；求解結(jié)構(gòu)靜力分析步驟。難點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)、壁面表面化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)蒸汽沉積以及微粒表面化學(xué)反應(yīng)；結(jié)構(gòu)邊界條件的施加。第四章ANSYS后處理及Tecplot應(yīng)用 （8學(xué)時） 內(nèi)容要求：理解ANSYS軟件的并行計(jì)算能力；掌握強(qiáng)大的后置處理能力；熟練掌握Tecplot應(yīng)用。重點(diǎn)：熟練掌握Tecplot應(yīng)用；掌握ANSYS后處理功能。難點(diǎn)：ANSYS軟件的并行計(jì)算；ANSYS計(jì)算結(jié)果的提取。第五章ANSYS動網(wǎng)格應(yīng)用（8學(xué)時）內(nèi)容要求：介紹計(jì)算流體流體在我國航空航天中的重要應(yīng)用；了解UDF，能熟練應(yīng)用井火箭發(fā)射過程二維模擬，以及副油箱與飛機(jī)分離三維模擬。重點(diǎn)：火箭發(fā)射過程二維模擬。難點(diǎn)：副油箱與飛機(jī)分離。第六章傳熱和輻射計(jì)算應(yīng)用 （4學(xué)時） 內(nèi)容要求：了解太陽加載模型；掌握室內(nèi)通風(fēng)問題的計(jì)算；以及熟練應(yīng)用DO輻射模型的頭燈熱模型。重點(diǎn)：熟練應(yīng)用DO輻射模型的頭燈熱模型。難點(diǎn)：太陽加載模型。第七章ANSYS燃燒及化學(xué)反應(yīng)應(yīng)用（8學(xué)時）內(nèi)容要求：介紹我國戰(zhàn)斗機(jī)的研發(fā)背景和學(xué)習(xí)老一輩科學(xué)家艱苦奮斗的精神；應(yīng)用引火噴流擴(kuò)散火焰的PDF傳輸模擬，應(yīng)用預(yù)混氣體化學(xué)反應(yīng)的模擬。重點(diǎn)：應(yīng)用引火噴流擴(kuò)散火焰的PDF傳輸模擬。難點(diǎn)：預(yù)混氣體化學(xué)反應(yīng)。第八章ANSYS 燃燒及化學(xué)反應(yīng)應(yīng)用二 （4學(xué)時） 內(nèi)容要求：熟練應(yīng)用液體燃料燃燒模擬，煤燃燒模擬，以及液體化學(xué)反應(yīng)的模擬。重點(diǎn)：熟練應(yīng)用液體燃料燃燒模擬。難點(diǎn)：煤燃燒模擬。第九章ANSYS多相流應(yīng)用 （8學(xué)時） 內(nèi)容要求：熟練應(yīng)用氣固兩相流動模擬，車體液體燃料罐內(nèi)部擋流板對振蕩的影響模擬，以及水壩破壞多相流模擬。重點(diǎn)：熟練應(yīng)用氣固兩相流動模擬。難點(diǎn)：車體液體燃料罐內(nèi)部擋流板對振蕩的影響。第十章 ANSYS 經(jīng)典實(shí)例（4學(xué)時）內(nèi)容要求：介紹我國當(dāng)前自主可控流體力學(xué)仿真軟件的發(fā)展和問題；理解固體燃料電池的模擬，葉輪泵模型的模擬等。重點(diǎn)：葉輪泵模型的模擬。難點(diǎn)：MRF模型的應(yīng)用。五、課程學(xué)時安排章節(jié)號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時數(shù)學(xué)生任務(wù)對應(yīng)課程目標(biāo)第一章緒論41.完成ANSYS的功能模塊和分析過程作業(yè)2題課程目標(biāo)3第二章 前處理81.掌握Gambit操作步驟及應(yīng)用實(shí)例作業(yè)2題課程目標(biāo)1第三章 ANSYS基本模型及理論基礎(chǔ) 81.掌握求解傳熱問題的基本步驟課程目標(biāo)1第四章 ANSYS后處理及Tecplot應(yīng)用81.熟練掌握Tecplot應(yīng)用2題課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2第五章 ANSYS動網(wǎng)格應(yīng)用81.熟練應(yīng)用井火箭發(fā)射過程二維模擬1題課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2第六章 傳熱和輻射計(jì)算應(yīng)用41.掌握室內(nèi)通風(fēng)問題的計(jì)算1題課程目標(biāo)1第七章 ANSYS燃燒及化學(xué)反應(yīng)應(yīng)用81.引火噴流擴(kuò)散火焰的PDF傳輸模擬1題2.完成彎曲實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2第八章 ANSYS 燃燒及化學(xué)反應(yīng)應(yīng)用二41.應(yīng)用液體燃料燃燒模擬，煤燃燒模擬，以及液體化學(xué)反應(yīng)的模擬2題課程目標(biāo)1第九章 ANSYS 多相流應(yīng)用81.車體液體燃料罐內(nèi)部擋流板對振蕩的影響模擬1題課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2第十章ANSYS 經(jīng)典實(shí)例41.葉輪泵模型的模擬1題課程目標(biāo)1六、實(shí)踐環(huán)節(jié)及基本要求序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時基本要求學(xué)生任務(wù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)類別1二維流場的求解2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做2三維流場的求解2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做3二維溫度場的求解2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做4三維溫度場的求解2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做5MRF模型求解2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做6Slidingmesh模型求解2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做7動網(wǎng)格模型求解2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做8DPM模型求解2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做9熱輻射模型求解2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做10Mixture模型求解2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做11燃燒模型求解2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做12UDF模型編寫2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做13結(jié)構(gòu)建模（1）2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做14結(jié)構(gòu)建模（2）2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做15網(wǎng)格劃分（1）2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做16網(wǎng)格劃分（2）2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做19一維結(jié)構(gòu)靜力分析2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做20二維結(jié)構(gòu)靜力分析2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做21三維結(jié)構(gòu)靜力分析2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做22一維結(jié)構(gòu)模態(tài)分析2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做23二維結(jié)構(gòu)模態(tài)分析2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做24三維結(jié)構(gòu)模態(tài)分析2熟練掌握過程調(diào)試、數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)性必做注：1.實(shí)驗(yàn)性質(zhì)指演示性、驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合性等；2.實(shí)驗(yàn)類別指必做、選做等。七、考核方式及成績評定考核內(nèi)容考核方式評定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績比例過程考核到課率、課堂討論發(fā)言、平時作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告到課率（滿分5分）：缺課1次扣1分；課堂討論（滿分3分）：積極參與，觀點(diǎn)新穎3分，積極參與2分，其他1分；平時作業(yè)（滿分12分）：每次作業(yè)按5分制給分，最后取平均分并按滿分12進(jìn)行折算實(shí)驗(yàn)報(bào)告（滿分10分）：取4次實(shí)驗(yàn)報(bào)告的平均分。30%（其中實(shí)驗(yàn)10%）期末考核論文70%考核類別考查成績登記方式百分制八、推薦教材與主要參考書（一）推薦教材：《FLUENT流體計(jì)算應(yīng)用教程》，溫正，石良辰，任毅如等主編，清華大學(xué)出版社，2008.《ANSYSWorkbench基礎(chǔ)教程與實(shí)例詳解》，浦廣益編著，中國水利水電出版社，2013，第二版。（二）主要參考書：（1）《FLUEN