《有限元理論與應(yīng)用》教學(xué)大綱

《有限元理論與應(yīng)用》教學(xué)大綱適用范圍：2022級人才培養(yǎng)方案課程代碼：01150281課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時：32學(xué)時（其中：理論16學(xué)時，上機16學(xué)時）先修課程：計算機基礎(chǔ)知識、材料力學(xué)、理論力學(xué)等后續(xù)課程：機電系統(tǒng)仿真技術(shù)等適用專業(yè)：機械電子工程開課單位：機械工程學(xué)院一、課程說明《有限元理論與應(yīng)用》是機械類專業(yè)選修的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程使用ANSYS19.2作為有限元分析軟件，介紹有限元分析的方法與應(yīng)用技巧，結(jié)合工程中的典型實例，建造出結(jié)構(gòu)的有限元模型，通過對有限元結(jié)果的分析，從而為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論依據(jù)。通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠進一步提高學(xué)生的工程應(yīng)用水平，使其獲得運用ANSYS解決工程結(jié)構(gòu)問題的能力，為將來從事工程設(shè)計打下基礎(chǔ)。二、課程目標通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達到如下目標：課程目標1：了解有限元理論的基本原理，學(xué)會有限元軟件的安裝與基本操作，掌握桿系結(jié)構(gòu)、梁系結(jié)構(gòu)、平面問題、實體結(jié)構(gòu)的有限元分析步驟。課程目標2：能夠?qū)こ讨械湫蛯嵗M行有限元建模，選擇合適的單元（桿單元、梁單元、實體單元等）進行有限元分析。課程目標3：熟悉有限元分析的基本方法與應(yīng)用技巧，能夠通過對有限元結(jié)果的分析，從而為結(jié)構(gòu)強度校核、輕量化設(shè)計等提供理論依據(jù)。三、課程目標與畢業(yè)要求《有限元理論與應(yīng)用》課程教學(xué)目標對機械電子工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和機械電子類等專業(yè)知識用于分析解決機電工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。1.2能夠?qū)?shù)理和工程科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)知識用于對機械電子相關(guān)復(fù)雜工程問題建立數(shù)學(xué)模型并進行求解；課程目標1：了解有限元理論的基本原理，學(xué)會有限元軟件的安裝與基本操作，掌握桿系結(jié)構(gòu)、梁系結(jié)構(gòu)、平面問題、實體結(jié)構(gòu)的有限元分析步驟。H5.使用現(xiàn)代工具：能夠針對機電工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。5.2能夠選擇和使用恰當?shù)膬x器、信息資源，工程工具和專業(yè)模擬軟件等，用于機電工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的分析、計算與設(shè)計；課程目標2：能夠?qū)こ讨械湫蛯嵗M行有限元建模，選擇合適的單元（桿單元、梁單元、實體單元等）進行有限元分析。課程目標3：熟悉有限元分析的基本方法與應(yīng)用技巧，能夠通過對有限元結(jié)果的分析，從而為結(jié)構(gòu)強度校核、輕量化設(shè)計等提供理論依據(jù)。H注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分見表2表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時上機學(xué)時對應(yīng)的課程目標1.有限元方法與ANSYS概述1.1有限元方法1.2ANSYS概述教學(xué)要求：理解有限元的基本概念；了解有限元的作用和內(nèi)容；掌握ANSYS的安裝與基本操作。重點：有限元方法基本概念。難點：ANSYS的安裝與基本操作。221、2、32.ANSYS分析基本過程2.1桿系結(jié)構(gòu)實例2.2桿系結(jié)構(gòu)實例的ANSYS分析2.3桿系結(jié)構(gòu)實例的ANSYS具體分析步驟教學(xué)要求：掌握桿系結(jié)構(gòu)單元類型；掌握桿系結(jié)構(gòu)單元劃分方法；掌握桿系結(jié)構(gòu)載荷施加方法；掌握桿系結(jié)構(gòu)求解方法；掌握桿系結(jié)構(gòu)后處理方法。重點：桿系結(jié)構(gòu)ANSYS具體操作步驟。難點：桿系結(jié)構(gòu)ANSYS具體操作步驟。441、2、33.ANSYS分析基本過程3.1梁系結(jié)構(gòu)實例3.2梁系結(jié)構(gòu)實例的ANSYS分析3.3梁系結(jié)構(gòu)實例的ANSYS具體分析步驟教學(xué)要求：掌握梁系結(jié)構(gòu)單元類型；掌握梁系結(jié)構(gòu)單元劃分方法；掌握梁系結(jié)構(gòu)載荷施加方法；掌握梁系結(jié)構(gòu)求解方法；掌握梁系結(jié)構(gòu)后處理方法。重點：梁系結(jié)構(gòu)ANSYS具體操作步驟。難點：梁系結(jié)構(gòu)ANSYS具體操作步驟。441、2、34.平面問題和殼體的有限元分析4.1平面應(yīng)力與平面應(yīng)變問題概念4.2平面問題ANSYS分析具體步驟4.3殼體結(jié)構(gòu)ANSYS分析具體步驟教學(xué)要求：掌握平面問題具體分析方法和步驟；掌握殼體結(jié)構(gòu)單元類型；掌握殼體結(jié)構(gòu)單元劃分方法；掌握殼體結(jié)構(gòu)載荷施加方法；掌握殼體結(jié)構(gòu)求解方法；掌握殼體結(jié)構(gòu)后處理方法。重點：平面問題概念和ANSYS具體操作步驟。難點：殼體結(jié)構(gòu)ANSYS具體步驟。441、2、35.實體結(jié)構(gòu)有限元分析5.1實體結(jié)構(gòu)實例5.2實體結(jié)構(gòu)ANSYS分析具體步驟教學(xué)要求：掌握實體結(jié)構(gòu)單元類型；掌握實體結(jié)構(gòu)單元劃分方法；掌握實體結(jié)構(gòu)載荷施加方法；掌握實體結(jié)構(gòu)求解方法；掌握實體結(jié)構(gòu)后處理方法。重點：實體結(jié)構(gòu)ANSYS具體步驟。難點：實體結(jié)構(gòu)ANSYS具體步驟。221、2、3合計16162.上機部分見表3表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時上機項目實驗內(nèi)容和要求上機學(xué)時對應(yīng)的課程目標1.軟件安裝與基本操作上機內(nèi)容：ANSYS19.2軟件安裝上機要求：完成軟件的安裝212.桿系結(jié)構(gòu)求解步驟上機內(nèi)容：桿系結(jié)構(gòu)求解步驟上機要求：熟悉桿系結(jié)構(gòu)單元223.梁系結(jié)構(gòu)求解步驟上機內(nèi)容：梁系結(jié)構(gòu)求解步驟上機要求：熟悉梁系結(jié)構(gòu)單元224.平面問題求解步驟上機內(nèi)容：平面問題求解步驟上機要求：熟悉平面應(yīng)力問題225.平面問題求解步驟上機內(nèi)容：平面問題求解步驟上機要求：熟悉平面應(yīng)變問題226.殼體結(jié)構(gòu)求解步驟上機內(nèi)容：殼體結(jié)構(gòu)求解步驟上機要求：熟悉殼體結(jié)構(gòu)單元227.實體結(jié)構(gòu)求解步驟上機內(nèi)容：實體結(jié)構(gòu)求解步驟上機要求：熟悉實體結(jié)構(gòu)單元238.實體結(jié)構(gòu)求解步驟上機內(nèi)容：實體結(jié)構(gòu)求解步驟上機要求：熟悉實體結(jié)構(gòu)單元23合計16五、教學(xué)方法及手段課程教學(xué)以課堂講授為主，結(jié)合作業(yè)、慕課資源，配合多媒體課件等共同課完成堂授課內(nèi)容。采用E-mail、QQ、微信等交流工具，加強和學(xué)生之間的交流和溝通。六、課程資源庫尚曉江，ANSYSworkbench結(jié)構(gòu)分析理論詳解與高級應(yīng)用，中國水利水電出版社，2020黃志剛，ANSYS19.0有限元分析完全自學(xué)手冊，人民郵電出版社，20193.劉超，有限元分析與ANSYS實踐教程，機械工業(yè)出版社，2016

4.王新敏，ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元與應(yīng)用，人民交通出版社，20115.陳精一，電腦輔助工程分析ANSYS使用指南，中國鐵道出版社，20016.力學(xué)與實踐，中國力學(xué)學(xué)會7.工程力學(xué)，清華大學(xué)8．固體力學(xué)學(xué)報，中國力學(xué)學(xué)會9.計算力學(xué)學(xué)報，中國力學(xué)學(xué)會10.InternationalJournalofNumericalMethodsinEngineering,UK,ISSN:1097-020711.中國仿真技術(shù)論壇：/12.ANSYS中文社區(qū)：/七、課程考核對課程目標的支撐課程成績?yōu)橛扇^程性考核，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)參與課堂討論及回答問題情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42小論文20（1）主要考核學(xué)生論文內(nèi)容及形式、排版等，滿分100分；（2）以小論文成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√20上機40（1）根據(jù)每次上機的操作完成情況單獨評分，滿分100分；（2）每次上機單獨評分，取各次上機成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以上機成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√25105大作業(yè)30（1）大作業(yè)成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核桿、梁、實體等單元選擇、理解情況，建模、計算、后處理等實際操作，能得出合理的應(yīng)力、應(yīng)變等云圖，能繪制出合理的曲線。（3）題型為：簡答題和分析計算題等?！獭獭?01010合計：100分592417八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、上機、作業(yè)、期末大作業(yè)等方式對學(xué)生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?yōu)槿^程性考核成績考核。其中：期末大作業(yè)成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為簡答題、分析題等類型，作業(yè)中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標準、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)10筆記完整，積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準確率大于90%。筆記完整，認真參與教學(xué)活動，回答問題準確率大于80%。筆記不完整，偶爾參與教學(xué)活動，回答問題準確率大于70%。上課不認真，上課不記筆記，偶爾參與教學(xué)活動。上課不認真，上課不記筆記，不參與教學(xué)活動。小論文20思路清晰，圖、文、表并茂，邏輯清楚。思路清晰，具有圖、文、表，邏輯較清楚。具有一定思路清晰，圖、文、表具有規(guī)范，邏輯較清楚。思路不清晰，文字較多，不含表格、圖等，邏輯不清楚