《有限元》教學(xué)大綱

1、有限元分析課程教學(xué)大綱【課程編號】XXXXX【課程名稱】有限元分析/FiniteElementAnalysis【課程性質(zhì)】專業(yè)核心課【學(xué)時】144學(xué)時【實驗/上機學(xué)時】144學(xué)時【考核方式】試卷考【開課單位】XX學(xué)院【授課對象】本科、機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)生一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)有限元法作為邊值問題的近似計算方法，隨著計算機和計算技術(shù)的迅猛發(fā)展，其應(yīng)用已從固體力學(xué)發(fā)展到流體力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、生物學(xué)等多耦合場問題。有限元分析基礎(chǔ)是材料成型類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要介紹固體力學(xué)有限單元法的基本理論和應(yīng)用。在對有限單元法的原理、方法進行講授的同時配以相應(yīng)的計算算例及大型工程軟

2、件的使用示例，加深學(xué)生的理解和消化。課程教學(xué)所要達到的目的是：1、有限單元法的基本理論和實施方法；2、掌握工程結(jié)構(gòu)和設(shè)備的受力及變形分析技能并最終提高他們的工程設(shè)計能力和解決實際問題的能力；3、利用ANSYS軟件上機實踐完成兩個上機練習(xí)：剛架結(jié)構(gòu)有限元分析和三維固體有限元分析；4、掌握利用有限元的加權(quán)殘值法求解場問題的概念，重點介紹1維和2維熱傳導(dǎo)問。題有限元分析。二、教學(xué)內(nèi)容、基本要求和學(xué)、課時分配第一章：ANSYS概論（13學(xué)時）（一）基本要求：了解有限元法的分析過程，ANSYS15.0的安裝與啟動，前處理、加載并求解、后處理。（二）教學(xué)內(nèi)容和課時分配：1、有限元法的分析過程，ANSYS1

3、5.0的安裝與啟動（2學(xué)時）2、系統(tǒng)要求、設(shè)置運行參數(shù)（1學(xué)時）3、ANSYS分析的基本過程（1學(xué)時）4、實驗內(nèi)容（9學(xué)時）實驗1梁的有限元建模與變形分析（1學(xué)時）實驗?zāi)康暮鸵螅?）要求選擇不同形狀的截面分別進行計算；2）梁截面分別采用以下三種截面；3）設(shè)置計算類型；重點：有限元法的分析過程，ANSYS15.0的安裝與啟動；難點：ANSYS分析的基本過程；第二章：圖形用戶界面（13學(xué)時）（一）基本要求：了解ANSYS軟件界面下各窗口的功能，具體包括應(yīng)用命令菜單、主菜單、工具欄、輸入窗口、圖形窗口和輸出窗口。ANSYS架構(gòu)及命令，具體包括簡單模型的建立、材料屬性輸入、單元的選擇和劃分、求解處理

4、和后置處理。（二）教學(xué)內(nèi)容和課時分配：1、ANSYS15.0圖形用戶界面的組成（1學(xué)時）具體包括應(yīng)用命令菜單、主菜單、工具欄、輸入窗口、圖形窗口和輸出窗口。ANSYS架構(gòu)及命令，具體包括簡單模型的建立、材料屬性輸入、單元的選擇和劃分、求解處理和后置處理2、對話框及其組件、通用菜單，輸入窗口2、主菜單，輸出窗口，圖形窗口的功能（1學(xué)時）3、個性化界面（1學(xué)時）4、實驗內(nèi)容（10學(xué)時）實驗1超靜定桁架的有限元建模與分析實驗?zāi)康暮鸵螅荷蠙C熟悉ANSYS軟件的命令，并對簡單的例題進行有限元靜、動態(tài)分析。重點（黑體，小四號字）：ANSYS15.0圖形用戶界面的組成；難點（黑體，小四號字）：主菜單，輸出

5、窗口，圖形窗口的功能；第三章：幾何建模（14學(xué)時）（一）基本要求：ANSYS軟件中坐標(biāo)系統(tǒng)和坐標(biāo)平面、節(jié)點和元素的定義、負載定義、復(fù)雜實體模型的建立方法等。對分析結(jié)果進行后處理，具體包括繪變形圖、支反力列表、繪應(yīng)力等值線圖和網(wǎng)格密度檢查等。（二）教學(xué)內(nèi)容和課時分配：1、幾何建模概述（1學(xué)時）自底向上創(chuàng)建幾何模型，自頂向下創(chuàng)建幾何模型，布爾運算操作，拖拉和旋轉(zhuǎn)，移動和復(fù)制修改模型（清除和刪除），從IGES文件幾何模型導(dǎo)入到ANSYS2、坐標(biāo)系簡介（1學(xué)時）3、工作平面的使用（1學(xué)時）4、自底向上創(chuàng)建幾何模型（1學(xué)時）5、自頂向下創(chuàng)建幾何模型（體素）（1學(xué)時）6、使用布爾操作來修正幾何模型（1學(xué)時

6、）7、實驗內(nèi)容（8學(xué)時）實驗1超靜定梁的有限元建模計算實驗?zāi)康暮鸵螅簩W(xué)生在老師的指導(dǎo)下自己上機熟悉ANSYS軟件的相關(guān)命令，練習(xí)輸入和自己建立三維實體模型，并對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進行有限元靜、動態(tài)分析。重點：自底向上創(chuàng)建幾何模型，自頂向下創(chuàng)建幾何模型，布爾運算操作；難點：拖拉和旋轉(zhuǎn)，移動和復(fù)制，修改模型（清除和刪除），從IGES文件幾何模型導(dǎo)入到ANSYS。第四章：網(wǎng)格劃分（13學(xué)時）（一）基本要求：掌握ANSYS網(wǎng)格劃分工具，設(shè)定單元屬性，網(wǎng)格劃分的控制，自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分控制，直接通過節(jié)點和單元生成有限元模型等的方法。（二）教學(xué)內(nèi)容和課時分配：1、有限元網(wǎng)格概述、設(shè)定單元屬性（1學(xué)時）2

7、、網(wǎng)格劃分的控制，ANSYS網(wǎng)格劃分工具（1學(xué)時）33、自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分控制，延伸和掃掠生成有限元模型（1學(xué)時）4、直接通過節(jié)點和單元生成有限元模型，編號控制（1學(xué)時）5、實驗內(nèi)容（9學(xué)時）實驗1平板的有限元建模與變形分析實驗?zāi)康暮鸵螅航o模型施加x方向約束，施加y方向約束，并輸出結(jié)果顯示。重點（黑體，小四號字）：網(wǎng)格劃分的控制，ANSYS網(wǎng)格劃分工具；難點（黑體，小四號字）：自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分控制，延伸和掃掠生成有限元模型，直接通過節(jié)點和單元生成有限元模型，編號控制；第五章：施加載荷（13學(xué)時）（一）基本要求：了解荷載的定義，掌握實體模型載荷與有限單元載荷，創(chuàng)建多載荷步文件

8、，動力學(xué)分析等。（二）教學(xué)內(nèi)容和課時分配：1、載荷概述，（1學(xué)時）2、施加載荷概述（1學(xué)時）3、設(shè)定載荷步選項（1學(xué)時）4、實驗內(nèi)容（10學(xué)時）實驗1內(nèi)六角扳手的載荷施加1）實驗?zāi)康暮鸵螅?、添加位移邊界條件。2、顯示邊界條件。3、在手柄上施加壓力，寫第一載荷步，定義向下的壓力同時寫出第二載荷步。重點：載荷步、子步和平衡迭代，階躍載荷與坡道載荷。難點：實體模型載荷與有限單元載荷，利用表格來施加載荷。第六章：求解（13學(xué)時）（一）基本要求：學(xué)會使用直接求解法，了解利用特定的求解控制器來指定求解類型。（二）教學(xué)內(nèi)容和課時分配：1、求解概述（0.5學(xué)時）2、利用特定的求解控制器來指定求解類型（0.

9、5學(xué)時）3、多載荷步求解（1學(xué)時）4、重新啟動分析，預(yù)測求解時間和估計文件大?。?學(xué)時）5、實驗內(nèi)容（10學(xué)時）實驗1受內(nèi)壓作用的球體的有限元建模與分析1）實驗?zāi)康暮鸵螅?、生成特征點。2、網(wǎng)格劃分。3、水平直邊施加約束，豎直邊施加約束，內(nèi)弧施加徑向的分布載荷。4、通過學(xué)習(xí)本立體后將對ANSYS分析有個全面的認識。重點：利用特定的求解控制器來指定求解的方法難點：多載荷步求解，重新啟動分析的方法第七章：后處理（13學(xué)時）（一）基本要求：學(xué)會觀察制定載荷步的整個模型的結(jié)果，會調(diào)用各種變形圖，列出反作用力等。（二）教學(xué)內(nèi)容和課時分配：1、后處理概述（1學(xué)時）2、通用后處理器（1學(xué)時）3、時間歷程后

10、處理器（1學(xué)時）4、實驗內(nèi)容（10學(xué)時）實驗1查看計算結(jié)果實驗?zāi)康暮鸵螅簩W(xué)會調(diào)用時間歷程后處理器（POST26）,定義和儲存POST26變量，檢查變量等。實驗2內(nèi)六角扳手的靜態(tài)分析后處理實驗?zāi)康暮鸵螅簩W(xué)會讀取第一個載荷步計算結(jié)果，讀取下一載荷步計算結(jié)果，放大橫截面等。重點：將數(shù)據(jù)結(jié)果讀入數(shù)據(jù)庫，列表顯示結(jié)果，圖像顯示結(jié)果；難點：定義和儲存POST26變量；第八章：靜力分析（13學(xué)時）（）基本要求：（1）掌握平面問題靜力分析方法，軸對稱結(jié)構(gòu)精力分析方法；（2）了解周期對稱結(jié)構(gòu)的靜力分析方法等；（二）教學(xué)內(nèi)容和課時分配:1、靜力分析概述（1學(xué)時）2、鋼桁架橋靜力受力分析（2學(xué)時）3、實驗內(nèi)容（

11、10學(xué)時）實驗1超靜定梁的有限元建模計算實驗?zāi)康暮鸵螅?、學(xué)會如何在anasys中建立節(jié)點和關(guān)鍵點；2、學(xué)會如何設(shè)定分析模塊，定義材料屬性等。重點：靜力分析的求解步驟；難點：GUI操作方法；第九章：模態(tài)分析（13學(xué)時）（一）基本要求：1）掌握模態(tài)分析的基本步驟；（2）學(xué)會觀察觀察結(jié)果和后處理等；（二）教學(xué)內(nèi)容和課時分配：1、模態(tài)分析概述（1學(xué)時）2、模態(tài)分析的基本步驟（1學(xué)時）3、鋼桁架橋模態(tài)分析（1學(xué)時）4、實驗內(nèi)容（10學(xué)時）實驗1軸對稱結(jié)構(gòu)靜力分析旋轉(zhuǎn)外輪實驗?zāi)康暮鸵螅?、學(xué)會利用軸對稱使問題簡化；2、進一步強化模態(tài)分析的基本步驟。重點：模態(tài)分析的基本步驟；難點：鋼桁架橋模態(tài)分析；第

12、十章：非線性分析（13學(xué)時）（）基本要求：（1）了解程序的運作方式和結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)行為；（2）通過首先分析一個簡化模型，以便使學(xué)生對結(jié)構(gòu)的特性有一個初步了解；（3）學(xué)會閱讀和理解程序的輸出信息和警告。（二）教學(xué)內(nèi)容和課時分配：1、非線性分析概述（1學(xué)時）2、非線性分析的基本步驟（2學(xué)時）3、實驗內(nèi)容（10學(xué)時）實驗1鉚釘沖壓應(yīng)力分析實驗?zāi)康暮鸵螅?、了解鉚釘沖壓的建模過程。2、掌握如何定義邊界條件并求解。重點：非線性分析的基本步驟；難點：設(shè)置求解控制器；第十一章：熱變形問題的有限元分析（13學(xué)時）（一）基本要求：學(xué)會如何用ANSYS軟件分析計算物體的穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)溫度分布，以及熱量的獲取或損失、熱梯

13、度、熱通量等。（二）教學(xué)內(nèi)容和課時分配：1、熱分析概述（1學(xué)時）2、熱分析的基本過程（1學(xué)時）3、實驗內(nèi)容（11學(xué)時）實驗1蒸汽管分析實驗?zāi)康暮鸵螅簩W(xué)生在老師的指導(dǎo)下自己上機熟悉ANSYS軟件的相關(guān)命令，并用軟件計算由于熱變形不均勻引起的應(yīng)力。重點：熱分析單元；難點：熱分析的基本過程；學(xué)時分配表：早節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時分配教學(xué)方法備注理論學(xué)時實驗/上機學(xué)時第一早ANSYS概論49講授+上機第一早圖形用戶界面310講授+上機第一早幾何建模68講授+上機第四章網(wǎng)格劃分49講授+上機7-J-*Vr.第五早施加載荷310講授+上機AVr*、.宀第八早求解310講授+上機第七章后處理310講授+上機第八章靜力分析310講授+上機第九章模態(tài)分析310講授+上機第十章非線性分析310講授+上機第十一章熱變形問題的有限元分析211講授+上機合計37107三、教材和參考書目：教材：劉平安,槐創(chuàng)鋒，詳解ANSYS有限元分析，北京：電子工業(yè)出版社，2015參考書目：1 呂建國，ANSYS15.0機械與結(jié)構(gòu)有限元分析從入門到精通，北京：機械工業(yè)出版社，20152 高秀華、張小江、王歡等編著，有限單元法原理及應(yīng)用簡明教程，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008；3 張洪信主編，有