“有限元分析及工程应用”课程教学大纲

“有限元分析及工程应用”课程教学大纲
英文名称：Finite element analysis and engineering application 课程编号：MACH3440
学时：48 （理论学时：16 上机学时：32 课外学时：4）
学分：2
适用对象：机械工程及自动化专业高年级学生
先修课程：高等数学、理论力学、材料力学、机械设计
使用教材及参考书：
[1]李人宪. 有限元法基础.北京：国防工业出版社，2004.
[2]王勖成，邵敏.有限单元法基本原理和数值方法.北京：清华大
学出版社，2004.
[3]李兵，何正嘉，陈雪峰. Ansys Workbench设计仿真与优化.北
京：清华大学出版社，2008.
[4] 监凯维奇（英）.有限元方法基础理论第6版(FINITE ELEMENT
METHOD).北京：世界图书出版公司，2008.
一、课程性质和目的
性质：专业课
目的：掌握以有限元为基础的机械结构强度、刚度等设计分析技术，将成为工程设计人员和科研人员的一项基本能力。

旨在培养学生掌握有限元分析的基本理论，具备利用Ansys软件进行机械结构优化设计、有限元数值建模和求解的能力。

二、课程内容简介
本课程是研究有限元基本原理的一门科学。

主要包括：有限元方法分析原理及数力基础、杆梁结构的有限元分析原理、连续体弹性问题的有限元分析原理、有限元分析软件Ansys使用以及结构有限元分析专题与工程实践。

重在培养学生掌握有限元分析的基本理论和机械结构强度分析的基本方法。

三、教学基本要求
1．要求学生熟练掌握有限元基本原理、形函数的构造、单元格式的选取及各种数值方法等基础内容。

2．通过本课程的学习，应使学生掌握有限元软件使用方法，具备实际中分析此类问题的基本能力。

四、教学内容及安排
第一章：绪论
1．介绍有限元法的起源、早期的主要工作和基本思想，当前有限元软件的发展水平，用有限元法分析的一些工程问题的基本思路。

教学安排及教学方式
第二章：杆件结构的有限元法
1．讲解有限元基础知识，包括有限元基本概念和杆直接法；
2．讲解有限元基础知识，包括通过弹簧问题引入有限元构造，一维杆件系统有限单元法。

教学安排及教学方式
第三章：刚架结构的有限元法
1．讲解一维梁单元构造方法，给出有限元分析的基本列式过程；
2．讲解位移函数--虚功原理推导梁单元。

第四章：平面问题的有限元法
1．讲解弹性力学基础知识；
2．讲解二维平面单元，包括平面问题的有限元模型、平面问题的三角形单元求解、刚阵存储与约束条件处理，以及六节点三角形单元和矩形单元。

第五章：等参数单元
1．讲解等参数单元的基本原理、四节点四边形等参数单元构造方法、等参数单元平面问题有限元格式、八节点曲边四边形等参数单元构造、数值积分及其应用。

教学安排及教学方式
第六章：薄板弯曲问题的有限元法
1．讲解薄板弯曲问题的力学描述、矩形单元薄板弯曲问题的有限元方程，以及三角形单元薄板弯曲问题的有限元方程。

第七章：有限元软件使用及工程实例专题
1．讲解Ansys软件的使用方法和基本分析步骤，经典Ansys分析基本流程；
2. 讲解Ansys的各种单元的选用方法，介绍Ansys Workbench 分析问题方法；
3. 发动机机体有限元分析、结构优化设计等工程实例专题。

五、实践环节
1．ANSYS软件环境熟悉、梁结构静力有限元分析、平面结构静力有限元分析、模态分析、工程实例专题等上机，20学时
六、课外学时分配
七、考核方式
闭卷；
闭卷考试成绩占 40 %，平时作业占30 %；上机成绩占30 %；
八、本课程各教学环节对人才培养目标的贡献度见下表
注：1、各专业课程贡献度表根据本专业知识、能力、素质培养要求填写。

基础课程贡献度根据学校知识、能力、素质培养要求填写。

2、贡献度显著表示为◎，贡献度一般表示为○
大纲制定者：陈雪峰大纲审核者：何正嘉。