有限元分析及应用教学设计

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有限元法基础及ANSYS应用教学设计

有限元法基础及ANSYS应用教学设计引言有限元法是一种非常常用的工程计算方法，通过该方法可以准确地计算出各种物理现象的模拟结果。

ANSYS是目前常用的有限元分析软件之一，该软件可实现对比较复杂结构和系统的数值模拟和分析，是工程领域中不可或缺的软件工具。

本文将介绍有限元法的基础知识，并结合ANSYS，探讨有限元法在工程实践中的应用。

有限元法基础知识有限元方法的基本原理有限元法是一种数值计算方法，它是将所研究的物理系统或结构抽象成一个有限元网络，再在这个网络上进行数值计算。

该方法是建立在解微积分和微分方程的基础上的，将视物体或构件为非连续介质的复杂数学模型，将其分成许多小的部分，用有限数量的节点模拟实际结构的运动或应力状态，并根据节点间相对移动和形变计算所需的力、扭矩和剪切力等物理量。

有限元分析的基本原理是利用高阶数学方法将任意运动连续物体近似为一组由有限个基本单元组成的离散带单元坐标系统，从而求解结构变形、应力、热力学效应、电磁效应等问题。

有限元法的优点和缺点有限元法的优点是可以准确地进行对各种结构或系统的分析和计算，可有效预测其行为特性；另外，有限元法可以模拟各种极端条件，非常适合在实验难以进行的情况下进行数值模拟。

但是，有限元法也存在缺点，可能需要更高的技能和更长的时间才能理解分析结果，以及程序的使用需要相应的计算机资源。

有限元法的步骤有限元法的求解是由以下三个基本步骤组成：1.建立模型。

在这一步骤中，需要选择合适的有限元模型，并确定其的物理性质。

通常，这需要通过CAD系统（计算机辅助设计）或其他仿真软件来完成。

2.确定边界条件。

在这一步骤中，需要根据具体的情况进行约束，并确定边界条件，以便应用合适的力学知识来解决分析问题。

在ANSYS软件中，定义边界条件是至关重要的一步。

3.解决方程组。

在最后一个步骤中，需要解决有限元模型的方程组，并通过计算来获得所需的结果。

具体来讲，可以使用如MATLAB等数值计算软件来完成解决方程组的工作。

“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 ELEMENTMETHOD).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。

有限元分析与应用技术培训教材

基于问题的基本方程，建立单元节点的平衡方程（即单元刚度方程）
借助于矩阵表示，把所有单元的刚度方程组合成整体的刚度方程，这是一组以节点物理量为未知量的线形方程组，引入边界条件求解该方程组即可。
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1-3 有限元法基本思想
实例1(离散系统)结构离散
节点位移向量表示：节点力向量表示：节点1沿x方向的位移、其余节点位移全为0时轴向压力为：
1-1工程和科学中典型问题
1-2 场问题的一般描述 --微分方程+边界条件
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。正如我们都希望改变世界，希望给别人带去光明，但更多时候我们只需要播下一颗种子，自然有微风吹拂，雨露滋养。恰如其分地表达观点，往往事半功倍。当您的内容到达这个限度时，或许已经不纯粹作用于演示，极大可能运用于阅读领域；无论是传播观点、知识分享还是汇报工作，内容的详尽固然重要，但请一定注意信息框架的清晰，这样才能使内容层次分明，页面简洁易读。如果您的内容确实非常重要又难以精简，也请使用分段处理，对内容进行简单的梳理和提炼，这样会使逻辑框架相对清晰。
应力场----弹性力学
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有限元分析ANSYS理论与应用第三版教学设计

有限元分析ANSYS理论与应用第三版教学设计概述ANSYS是目前工程领域流行的有限元分析软件之一，因其功能强大、使用方便和精度高等优点而受到各个领域工程师的喜爱。

本教学设计围绕ANSYS软件的使用和原理展开，旨在为学生提供有限元分析基本知识和实践技能，为他们未来的工作和研究打下坚实的基础。

教学目标•理解有限元分析的基本原理和流程；•掌握ANSYS软件操作的基本技能；•能够使用ANSYS软件完成基本的有限元分析任务；•能够根据分析结果分析和解决实际工程问题。

教学内容第一章前言•介绍有限元分析的基本概念；•介绍ANSYS软件的基本功能和特点。

第二章有限元建模•介绍有限元模型的建立流程；•介绍ANSYS软件中有限元模型的建立方法和技巧；•分析常见问题的建模方法。

第三章有限元分析•介绍有限元分析的基本原理和数学模型；•介绍ANSYS软件中有限元分析的基本流程；•介绍ANSYS软件中材料力学特性设定和应力分析的方法。

第四章有限元结果分析和可视化•介绍有限元分析结果的可视化方法；•介绍ANSYS软件中有限元分析结果的可视化方法和数据处理方法；•分析ANSYS软件中常见结果的图像和数据。

第五章 ANSYS实例分析•基于ANSYS软件的理论和方法；•对ANSYS分析结果进行评估；•分析ANSYS分析过程中的问题并进行解答。

教学方法本教学设计采用课堂讲授、案例分析和综合实验相结合的方式进行教学。

具体方法包括：•讲授ANSYS软件的基本操作方法和理论知识；•使用实例并结合案例分析，介绍如何进行有限元分析；•使用实际工程案例对学生进行实践操作（小组为单位）；•使用成果演示形式进行结果展示和评估。

教学评估•写作阶段，学生需要提交有关ANSYS软件的分析报告；•实践阶段，小组需要完成一个关于ANSYS分析的实例； - 最后学生需要总结其学习心得，理解并且较完整的描述化学分析的基本原理；评分方式：作业20%、实践实验报告30%、论文50%。

有限元分析及应用课程设计

有限元分析及应用课程设计一、课程设计目的有限元分析是一种重要的数值计算方法，在各个领域都有广泛应用。

本课程设计旨在通过实际案例，掌握有限元分析的基本理论、方法和实现，并掌握有限元分析在实际工程中的应用。

二、课程设计内容1. 理论基础（1）有限元方法的基本概念有限元方法是一种数值计算方法，将连续体划分为有限数量的元素，求解每个元素上的方程，再通过组装得到整个结构的解。

学习该概念后，可以深入理解有限元分析的基本原理。

（2）有限元离散化有限元离散化是将连续的物理问题离散化为离散的数学问题，不同的物理问题有不同的离散化方法。

在学习此概念时，需掌握如何选择适当的离散化方法。

（3）有限元方程有限元方程是用来描述离散化后物理问题的方程。

在学习此概念时，需掌握有限元离散化后的方程表达式。

2. 有限元模型建立有限元模型建立包括模型前处理、有限元模型建立和模型验证等。

学习此内容后，可以掌握有限元模型建立的基本流程和方法。

3. 有限元分析有限元分析包括模型载入、应力分析和位移分析等。

学习此内容后，可以掌握如何进行有限元分析和如何使用有限元分析软件。

4. 有限元分析结果处理有限元分析结果处理包括应力云图、变形结果图、位移云图等。

学习此内容后，可以对有限元分析结果进行处理和分析。

三、课程设计案例以杆件为例，进行有限元分析。

杆件如图所示：杆件按照以下步骤进行有限元分析：1. 算法概述建立杆件模型，生成并离散化有限元模型，求解位移和应力等结果。

2. 模型建立建立杆件模型，并进行离散化，得到如下右图所示的有限元模型：离散化3. 载入将力作用于杆件上，按照需求进行载入。

4. 分析进行应力分析和位移分析，得到结果如下：Max Von Mises Stress is 20.2 MpaMax Displacement is 5.6 mm5. 结果处理根据结果，可以较为直观地对模型进行分析，发现最大应力及位移点在工件上部，需要进行进一步加强。

有限元分析基础教学设计

有限元分析基础教学设计一、引言有限元分析是一种广泛应用于工程设计、结构优化、材料分析等工程领域的数值分析方法。

近年来，随着计算机及软件技术的不断发展，有限元分析技术在工程实践中得到了广泛的应用。

因此，有限元分析的教育也变得越来越重要。

本文旨在对有限元分析教学进行基础的教学设计，探讨如何更好地进行教学。

二、教学目标1.掌握有限元分析的基础理论与方法；2.理解有限元模型的建立与求解过程；3.掌握有限元仿真软件的使用方法；4.具备解决常见工程问题的能力以及工程实践能力。

三、教学内容1. 有限元分析基础理论1.有限元分析的基本思想；2.有限元分析的数学基础：泊松方程、弹性力学方程；3.有限元分析的一般步骤。

2. 有限元模型的建立与求解1.有限元模型的建立过程；2.有限元模型的求解过程；3.有限元模型分析中常用的数值方法。

3. 有限元仿真软件的使用1.ANSYS的界面介绍和功能；2.ANSYS的模型导入与导出；3.ANSYS的求解器设置与网格划分。

4. 典型实例讲解授课过程中，应该以向学生介绍具体实例为主。

可以选择季度建筑、桥梁、飞机等典型实例，讲解在分析过程中，如何建模、划分网格以及如何进行计算实例。

在介绍实例的过程中，应该注重理论和实务相结合的教学方式。

四、教学方法1.在教学设计中应充分考虑学生的实际情况和自身能力，采用理论、实验、仿真等方式相结合的教学方法。

2.采用案例分析法和问题导向式教学方法，培养学生的实践应用能力和解决问题的能力。

3.在教学过程中，鼓励学生积极参与和探索，利用网络、图书、文献等资源扩展教学内容。

五、教学评价1.在教学评价中，应该注重对学生实践能力的评价，可以通过项目实训、模拟操作等方式来进行；2.应该注重发扬学生的主观能动性，从课后作业、小组讨论等角度来进行评价；3.在教学过程中，及时对课程进行调整和改进，及时进行课程反思，不断完善教学过程与方法。

六、总结在有限元分析的教学中，应该充分考虑学生的实践能力、主观能动性和独立思考能力。

弹性力学的有限元分析教案

弹性力学的有限元分析教案
弹性力学的有限元分析教案
一、教学目标
1.掌握弹性力学的基本理论及有限元分析方法；
2.能够应用有限元软件进行简单的弹性力学分析；
3.培养学生的科学思维能力和解决实际问题的能力。

二、教学内容
1.弹性力学的基本理论
2.有限元方法的基本原理
3.有限元软件的应用与实践
4.弹性力学问题的有限元分析案例
三、教学步骤
1.导入课程，介绍弹性力学与有限元方法的重要性，以及在本课程中将要学
习的内容。

2.讲解弹性力学的基本理论，包括弹性力学的基本假设、平衡方程、几何方
程和物理方程等。

3.介绍有限元方法的基本原理，包括单元划分、节点位移、单元应力和整体
平衡等。

4.讲解有限元软件的应用与实践，包括模型的建立、材料的属性、边界条件
和载荷的施加等。

5.通过具体的案例讲解如何进行弹性力学问题的有限元分析，包括前处理、
求解和后处理等步骤。

6.组织学生进行实践活动，自己动手进行一次简单的弹性力学有限元分析，
并讲解自己的分析过程和结果。

7.对本次课程进行总结，并对学生实践活动进行点评与指导。

四、教学重点与难点
1.重点：掌握弹性力学的基本理论和有限元方法的基本原理，能够熟练应用
有限元软件进行简单的弹性力学分析。

2.难点：理解有限元方法的基本原理，掌握有限元软件的应用技巧，能够对
弹性力学问题进行正确的建模和求解。

五、教学评价与反馈
1.对学生进行考核评价，包括理论知识的掌握程度和实践能力的表现等；
2.根据学生的表现和反馈，对教学内容和方法进行改进和优化。

《有限元分析与应用课程标准》

有限元分析及应用》课程标准课程代码：汽车学分： 3 建议课时数：64英文名称：适用专业：计算机辅助设计与分析先修课程：《计算机辅助设计》课程团队负责人及成员：陈良萍、刘宏强、王云、赵静、李蕾、黄艺、史俊玲、毛新1.课程定位和设计思路1.1 课程定位本课程是为计算机辅助设计与分析专业本科生开设的一门专业核心课程，重点介绍有限元法的基本原理和方法、一些成熟的有限元软件功能和简单的分析步骤，同时结合工程实际，为他们进一步学习或实际应用及参加科研工作开辟道路。

其任务是通过先修课程中所学知识的综合运用和新知识的获取，使学生初步掌握现代设计中的一种重要方法，开阔视野，提高能力，以适应科学技术发展的要求。

1.2 设计思路在教学中，首先通过力学中的矩阵位移法思想的对比教学，引出连续介质力学有限单元法的学习重点在于单元的插值函数如何构造。

这因为，虽说矩阵位移法是对杆系结构而言的，但其结构的离散化和组建整体刚度方程的思想完全可以借鉴到连续介质力学，它们的不同点只是在单元刚度矩阵的建立；而不同单元类型的单元刚度矩阵的建立，又取决于对应单元插值函数的构造。

这样处理，不但使学生抓住了本课程的教学重点，而且对有限单元法的整体思想有了宏观上掌握；起到主动学习而非被动接受的作用。

在单元构造的教学中，理论学习的重点在于常规单元的介绍；通过常规单元介绍插值函数的完备性与收敛性等。

接之，介绍高次单元、等参单元等教学内容。

在理论教学中，强调数学论证的严谨性和工程应用的适应性。

结合工程实例教学，拓宽学生数值分析方面的应用能力在课内对不同的单元类型进行介绍时，及时抓住不同单元在应用中的对比教学与其适用性，并结合工程实例介绍单元类型的合理选取和单元网格的合理划分等。

为学生在实际问题的数值分析中如何选定单元和剖分单元奠定了一定的基础和经验。

2•工作任务和课程目标2.1工作任务由于采用有限单元法的分析计算软件大多已商业化，而熟悉应用这些中的常规软件也应是本门课程的主要教学内容。

机械结构有限元分析课程设计

机械结构有限元分析课程设计一、课程设计背景有限元分析是一种用于结构设计的强大方法，而机械结构的设计是工程领域中最具挑战性的任务之一。

在机械结构的设计过程中，需要对结构进行强度、稳定性和动态特性等方面进行分析。

因此，有限元分析在机械结构的设计中起着至关重要的作用。

该课程设计旨在通过实践，使学生理解有限元分析的基本方法和技巧，以及如何应用它们来解决机械结构问题。

二、课程设计内容本课程设计主要包括以下两个部分：1.搭建机械结构有限元分析建模环境在本部分中，我们将使用ANSYS软件来创建机械结构有限元分析的建模环境。

在建立环境后，我们将学习有限元的基础知识，掌握机械结构有限元分析的建模方法。

我们将了解如何选择适当的网格参数，使得整个分析过程能够高效、准确地完成。

2.机械结构有限元分析在本部分中，我们将以一个样例机械结构为例进行有限元分析。

我们将从几何建模转换到网格划分，再到结果后处理，全流程进行分析和探究，了解各个环节涉及到的数学理论和物理概念。

在分析过程中，我们将讨论并解决不同的问题，如何优化参数，如何增加精度，以及如何解决具体的实际问题。

三、实验环境本课程设计需要的实验软件环境为ANSYS软件，版本要求为15.0及以上。

建议使用个人电脑通过安装包进行安装使用。

为了保证实验环境的高效性，我们建议使用具备以下配置的电脑：•Intel Core i5 或更高•8GB 或更高内存•500GB 或更多硬盘空间四、实验报告要求•实验报告以Markdown文本格式输出；•实验报告要描述完整的有限元分析建模过程，包括几何建模、网格生成、材料参数输入，以及结果分析等；•报告中应包含相应的文学图像和数据表格以支持分析结论；•报告应该明确说明用到的理论知识和方法，并分析实验结果；•实验报告最低要求1500字。

五、实验评估•有限元分析建模环境配置是否正确；•实验报告是否按要求书写和实验结果是否合理；•实验分析是否准确，步骤是否完整；•实验中是否能够发现并解决分析中的问题。

有限元课程设计

有限元课程设计一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握有限元分析的基本概念、原理和方法，能够运用有限元软件进行简单的结构分析和优化设计。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解有限元分析的基本原理和方法；（2）掌握有限元软件的操作和应用；（3）了解有限元分析在工程领域的应用。

2.技能目标：（1）能够运用有限元软件进行简单的结构分析；（2）能够根据分析结果进行优化设计。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对工程技术的兴趣和热情；（2）培养学生团队合作意识和解决问题的能力。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括有限元分析的基本概念、原理和方法，以及有限元软件的操作和应用。

具体内容包括：1.有限元分析的基本概念：介绍有限元分析的定义、发展历程和应用领域。

2.有限元分析的原理：讲解有限元分析的基本原理，包括离散化方法、刚度矩阵和质量矩阵的建立等。

3.有限元分析的方法：介绍有限元分析的主要方法，包括静态分析、动态分析和优化设计等。

4.有限元软件的操作和应用：讲解有限元软件的基本操作，如几何建模、网格划分、材料属性设置等，并通过实例演示有限元分析的过程。

三、教学方法本节课采用多种教学方法相结合的方式，以激发学生的学习兴趣和主动性。

主要教学方法包括：1.讲授法：讲解有限元分析的基本概念、原理和方法。

2.案例分析法：通过分析实际工程案例，使学生更好地理解有限元分析的应用。

3.实验法：让学生动手操作有限元软件，进行简单的结构分析和优化设计。

4.讨论法：鼓励学生积极参与课堂讨论，培养团队合作意识和解决问题的能力。

四、教学资源本节课的教学资源包括教材、有限元软件、多媒体资料和实验设备。

具体如下：1.教材：选用国内权威出版的有限元教材，为学生提供系统的理论知识。

2.有限元软件：为学生提供有限元软件的学习版本，方便学生进行实践操作。

3.多媒体资料：制作课件和教学视频，以图文并茂的形式展示有限元分析的过程和应用。

4.实验设备：准备计算机实验室，确保每个学生都能顺利地进行软件操作和实验。

有限元分析课程设计活塞

有限元分析课程设计活塞一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握有限元分析的基本原理和方法，能够熟练运用有限元分析软件进行工程问题的分析和计算。

具体分为以下三个部分：1.知识目标：使学生了解有限元分析的基本概念、原理和方法，掌握有限元分析的基本步骤和技巧，熟悉常见的有限元分析软件。

2.技能目标：通过实例教学，使学生能够熟练运用有限元分析软件进行简单的工程分析和计算，能够独立完成有限元分析的基本操作。

3.情感态度价值观目标：培养学生对工程问题的分析和解决能力，提高学生的科学素养和创新能力，使学生能够认识到有限元分析在工程实际中的应用价值。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括有限元分析的基本概念、原理和方法，有限元分析的基本步骤和技巧，以及有限元分析软件的应用。

具体安排如下：1.有限元分析的基本概念：介绍有限元分析的定义、特点和发展历程。

2.有限元分析的基本原理：讲解有限元分析的基本原理，包括离散化方法、节点和元素的概念。

3.有限元分析的基本方法：介绍有限元分析的基本方法，包括静态分析、动态分析和温度分析等。

4.有限元分析的基本步骤：讲解有限元分析的基本步骤，包括模型的建立、网格的划分、加载和求解等。

5.有限元分析软件的应用：介绍常见的有限元分析软件，如ANSYS、ABAQUS等，并通过实例教学，使学生能够熟练运用有限元分析软件进行简单的工程分析和计算。

三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法和讨论法等。

具体安排如下：1.讲授法：通过课堂讲授，使学生掌握有限元分析的基本概念、原理和方法。

2.案例分析法：通过分析实际工程案例，使学生了解有限元分析在工程实际中的应用和技巧。

3.实验法：通过上机实验，使学生能够熟练运用有限元分析软件进行简单的工程分析和计算。

4.讨论法：通过分组讨论和课堂讨论，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学素养和创新能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选择合适的有限元分析教材，作为学生学习的主要参考资料。

“有限元基础及应用”授课内容方案

“有限元基础及应用”授课内容方案教材：结构有限元分析（第二版）教学参考资料：Introduction to finite element method (by Yijun Liu)第一讲绪论1、有限元法是什么？（P1）2、连续体结构有限元法的基本思想（P1）3、有限元的发展历史及作用（P2及补充）4、弹簧单元和弹簧系统（from英文讲义，初步给出离散化结构刚度法分析的原理框架和基本概念，并进一步给出例题，让学生体会有限元列式的形式和规律）第二讲杆、梁结构（1）1、等截面杆单元及其刚度矩阵2、局部坐标系下直梁单元及其刚度方程推导、刚度系数物理意义3、单元特性的集合（列节点平衡方程、刚度矩阵组集、整体刚度矩阵性质、例题求解（补充）第三讲杆、梁单元（2）1、2-D梁单元及其刚度矩阵、刚度矩阵的坐标变换2、3-D梁单元简介第四讲杆系结构的有限元分析（I-DEAS）1、2-D框架结构分析（补充）第五讲平面问题的有限元法（1）1、弹性力学平面问题的概念、基本方程、边界条件2、离散化——单元与节点3、三节点三角形单元的位移模式与形状函数及其性质第六讲平面问题的有限元法（2）1、单元应力与应变2、单元刚度方程与单元刚度矩阵及其性质3、载荷移置第七讲平面问题的有限元法（3）1、综合举例（P37，整体分析过程：整体刚度矩阵的叠加和整体刚度矩阵性质，补充分析讨论，整体平衡方程和约束处理，位移求解与单元应力计算）2、算例（P48圆孔应力集中）第八讲平面问题的有限元法（4）1、四节点矩形单元2、算例（三角形、矩形单元对比）（P52）第九讲基于最小势能原理的有限元法（5）1、最小势能原理的概念、里兹法2、基于里兹法的有限元列式3、收敛条件、有限元位移解的性质第十讲三维问题及轴对称问题1、三维弹性力学问题的基本力学量2、三维问题的简单四面体单元3、轴对称问题简介4、简单三角形单元解轴对称问题第十一讲等参单元1、平面4节点等参元2、平面8节点等参单元简介3、刚度矩阵计算与数值积分第十二讲利用通用软件进行结构有限元分析1、通用软件介绍2、轴对称问题的有限元分析3、三维结构网格划分与有限元分析第十三讲复习课。

有限元法基本原理及应用教学设计

有限元法基本原理及应用教学设计一、引言有限元法作为结构力学、流体力学、热力学等学科中最常用的数值分析方法之一，已经广泛地用于工程领域。

本文将介绍有限元法的基本原理，并结合教学实践，提出一些应用场景下的教学方法。

二、有限元法基本原理有限元法是一种通过将连续体分割成一系列互相联系的单元，再在每个单元内进行局部近似的方法。

其基本步骤如下：1.确定问题的几何形状，将其离散化为有限数量的单元。

2.寻找适当的函数形式，用于单元内的场函数近似。

3.根据边界条件、本构关系等确定模型中所需的参数。

4.利用有限元法求解离散模型中的场函数，获得结果。

其中，第一步和第二步是离散化的过程，第三步是确定问题的物理参数，第四步是利用有限元方法来求解局部近似的结果。

三、教学设计3.1 教学目标通过本教学，学生应该能够：1.理解有限元法的基本原理。

2.能够根据问题特点选择有限元法模型，熟练掌握其求解方法。

3.能够独立地完成一定的有限元法计算，掌握基本的讨论和分析技巧。

3.2 教学内容教学内容的设计应该以让学生掌握有限元法的基本原理和中小型有限元法计算实验为主。

具体包括：1.有限元法基本概念和基本原理。

2.有限元法求解流程。

3.有限元法中力学问题的处理方法。

4.有限元法计算程序的操作实践及其调试过程。

3.3 教学方法教学方法应该根据教学目标和教学内容来选择。

具体而言，可以采用以下教学方法：1.讲授法：介绍有限元法的基本理论、公式、步骤等。

2.组织实践：每个学生都可以应用所学的有限元法计算流程，通过校内实践检验所得结果，加深学习效果。

3.讨论演示法：引导学生根据教材内容和实践结果展开讨论，举一反三，形成总结性的详细讨论分享现象，并进行比较，以及某些特殊情况的讨论。

4.自学法：学生在自习时间用充足的学习资料在当地的工程和计算机实验室研读，掌握有限元法的道理和方法。

3.4 教学评估教学评估应包括考试成绩和实际计算结果。

在学年末进行考试，考试的内容应该包括基本理论和实践的实际应用以及进行有限元法计算产生结果的分析。

有限元分析基础课程设计

有限元分析基础课程设计1. 课程背景1.1 课程简介有限元分析是一种数值分析方法，可以用于解决工程应用中的各种问题。

有限元方法已经在工程设计和科学研究中得到广泛应用。

这门课程将重点介绍有限元分析的基本原理，包括离散化方法、材料本构关系、装配方法、求解方法和后处理方法等。

1.2 先修课程•工程数学（高等数学、线性代数和概率论与数理统计等）；•工程力学、材料力学等基础力学课程；•计算机程序设计（C/C++或Matlab等相关编程语言）。

2. 课程目标本课程旨在让学生：1.掌握有限元分析的基本原理；2.学会使用商业有限元软件进行工程分析；3.了解有限元分析的应用前景。

3. 课程大纲3.1 有限元基础•数学基础(向量、矩阵、微积分等)；•物理基础(应力、应变、力学平衡方程等)；•有限元离散化基本概念。

3.2 有限元分析•有限元材料本构关系；•刚度矩阵和荷载向量的组装；•求解方程组；•后处理及应用。

3.3 应用案例•基础应用：悬臂梁的有限元分析、平板的有限元分析、轴对称体的有限元分析等；•工程应用：汽车碰撞仿真、航空发动机的有限元分析、人体骨骼的有限元分析等。

4. 课程评估4.1 课程作业悬臂梁的有限元分析或平板的有限元分析，学生可以使用商业有限元软件或自编程序进行计算。

4.2 期末考试考试内容包括有限元方法的基本原理、离散化方法、材料本构关系、装配方法、求解方法和后处理方法等。

5. 教学方法本课程采用理论教学、案例分析、计算机仿真等多种教学方法。

理论教学主要采用讲授和讨论相结合的方式，案例分析将从实际问题入手，使学生能够领会有限元分析的具体应用过程。

6. 参考书目1.有限元法基础，郑凤来，北京理工大学出版社；2.有限元应用，PCHu 等著，清华大学出版社；3.细说有限元，萨克雷著，高等教育出版社。

7. 结语有限元分析作为一项重要的数值计算方法，在工程应用领域已经发挥出了重要的作用。

本课程将为学生们深入了解有限元分析提供一定的指导和帮助，让学生们能够掌握有限元分析的基础知识并运用其解决实际问题。

有限元分析的概念与应用第四版教学设计

有限元分析的概念与应用第四版教学设计一、序言有限元分析是工程力学中重要的计算方法之一，广泛应用于工业领域。

所以，学习和理解有限元分析是工程和科学教育的重要组成部分。

本篇教学设计将介绍有限元分析的概念和应用，以及如何在教学中让学生真正理解有限元分析的原理和应用。

二、教学目标本课程的目标是帮助学生理解有限元分析的原理和应用，具体包括以下方面：1.总体理解有限元分析的思想和发展历程；2.学习有限元分析的基本概念和方法；3.掌握有限元分析的基本运用；4.学习如何使用ANSYS、ABAQUS等软件进行有限元分析；5.学习如何解释和分析有限元分析的结果。

三、教学内容1. 有限元分析的概述有限元分析是一种计算工程结构和家具设计的力学方法。

它分为等效载荷法和叠加法两种方法。

两种方法各有应用场合，在教学中将会阐述。

2. 有限元分析的基本概念本部分将主要介绍有限元分析的基本概念。

包括：离散化和元件的基本概念、有限元分析公式、边界条件、刚度矩阵、局部坐标和全局坐标等。

3. 有限元分析的基本方法有限元分析的基本方法包括了用有限元方法求解欧拉-伯努力学及其它弯曲问题。

此外，还包括了有限元分析的动态响应、非线性问题的处理、计算稳定性等。

4. 有限元分析的软件本部分将介绍两种有限元分析软件：ANSYS和ABAQUS。

这两种软件各有应用优势在不同领域的应用。

课程中将介绍如何使用这两种软件，利用其特点解决问题、分析求解。

四、教学方法本课程采用多种教学方法，包括以下内容：1.理论讲解：通过教师讲授和课本，向学生传授有限元分析的理论基础。

2.实验教学：让学生亲自操作有限元分析软件，并在实践中学习运用。

3.实时交流：鼓励学生在学习过程中、实验操作中提出疑问和看法，增强学生对知识的学习和理解。

五、教学评价1.课堂小测：每一次课程结束后，设立小测试，对学生的学习情况进行及时反馈。

2.常规测试：在课程结束前，安排一次大测试，对学生的学习成果进行综合考评。

有限元分析课程设计(已做完)

有限元分析课程设计（已做完）
有限元分析是一种利用计算机辅助进行结构分析和优化设计的方法。

它能够以数值模拟的方式对结构进行力学行为和性能的预测，为工程师提供重要的设计指导。

在本次课程设计中，我选择了一个简单的桥梁结构作为研究对象，通过有限元分析的方法对其进行优化设计。

课程设计分为以下几个步骤：建立有限元模型、施加边界条件、求解结果、分析结果和进行优化设计。

在建立有限元模型时，我首先选择了适当的网格划分方法，将桥梁结构划分成小的单元，每个单元内的节点用来计算力学行为。

然后，我根据桥梁结构的几何形状和材料性质，确定了适当的单元类型和材料属性。

在施加边界条件时，我考虑了桥梁结构在现实中的受力情况，如受到自重、行车荷载等。

我选择了合适的边界约束条件，使得计算过程中结构能够保持稳定，并且利用荷载模拟软件施加了相应的荷载。

最后，在优化设计中，我利用有限元分析软件提供的优化算法，进行了桥梁结构的形状优化和材料优化。

通过改变结构的形状或材料特性，我可以得到更满足要求的桥梁结构，提高其性能和效益。

在整个课程设计过程中，我深入学习了有限元分析的理论和方法，并通过实际案例进行了实践。

通过这个课程设计，我不仅对有限元分析的原理有了更深入的了解，也学会了如何应用有限元分析软件进行结构设计和优化。

总的来说，通过这个有限元分析课程设计，我不仅提高了自己的分析和设计能力，也获得了更深入的工程应用知识。

这些知识将对我的未来职业发展和学术研究产生积极的影响。

有限元基础教程教学设计

有限元基础教程教学设计前言有限元分析是现代工程设计中广泛使用的一种分析方法。

掌握有限元分析方法，不仅可以提升工程师的分析能力，还可以大幅提升工程设计的效率。

本文旨在以基础有限元分析为主要教学内容，为读者提供一份有限元基础教程的教学设计。

教学目标1.理解基础有限元分析的概念和基本原理；2.能够熟悉有限元分析软件的使用；3.能够应用基础有限元分析方法解决工程问题。

教学内容第一章：有限元分析基础知识1.有限元分析的概念及其发展历程；2.有限元分析的基本原理及其应用；3.有限元分析的数学基础。

第二章：有限元分析软件的使用1.ANSYS Workbench环境介绍；2.模型建立及其几何编辑；3.材料属性的定义；4.边界条件和荷载的设定；5.模型网格划分及其控制参数的设定。

第三章：基础有限元分析方法1.线性静力分析；2.线性模态分析；3.稳定性分析；4.热力学分析；5.动力学分析。

教学方法本教程以理论与实践相结合的方式进行教学，并通过模拟工程案例，让学生深入理解有限元分析的基本原理和应用方法。

1.理论课程：通过PPT、讲座和讨论来传达基本概念、原理和基础知识。

2.实践课程：通过课堂练习、实验和工程案例，让学生学以致用，更深入的了解有限元分析的实际应用。

教学评估通过教学结果的考核、学生的实验报告和答辩的方式来检验教学的有效性。

1.考核方式：教师可以将学生划分成小组并分配任务，如编写简单的代码、解决实际工程问题等；2.学生实验报告：每个小组需要撰写一份有限元分析的实验报告；3.答辩方式：每个小组需要对自己的实验报告进行答辩，面对教师和同学的提问。

结束语有限元分析是一项复杂而又重要的技能，需要通过不断地实践和探索来提高。

本教程旨在为读者提供一份有限元基础教程的教学设计，帮助读者掌握有限元分析的基础原理和应用方法，更好的应用于实际工程中。

有限元分析教案

第一章有限元法概述在机械设计中，人们常常运用材料力学、结构力学等理论知识分析机械零构件的强度、刚度和稳定性问题。

但对一些复杂的零构件，这种分析常常就必须对其受力状态和边界条件进行简化。

否则力学分析将无法进行。

但这种简化的处理常常导致计算结果与实际相差甚远，有时甚至失去了分析的意义。

所以过去设计经验和类比占有较大比重。

因为这个原因，人们也常常在设计中选择较大的安全系数。

如此也就造成所设计的机械结构整体尺寸和重量偏大，而局部薄弱环节强度和刚度又不足的设计缺陷。

近年来，数值计算机在工程分析上的成功运用，产生了一门全新、高效的工程计算分析学科——有限元分析方法。

该方法彻底改变了传统工程分析中的做法。

使计算精度和计算领域大大改善。

§1.1 有限元方法的发展历史、现状和将来一，历史有限元法的起源应追溯到上世纪40年代（20世纪40年代）。

1943年R.Courant从数学的角度提出了有限元法的基本观点。

50年代中期在对飞机结构的分析中，诞生了结构分析的矩阵方法。

1960年R.W.Clough在分析弹性力学平面问题时引入了“Finite Element Method”这一术语，从而标志着有限元法的思想在力学分析中的广泛推广。

60、70年代计算机技术的发展，极大地促进了有限元法的发展。

具体表现在：1）由弹性力学的平面问题扩展到空间、板壳问题。

2）由静力平衡问题——稳定性和动力学分析问题。

3）由弹性问题——弹塑性、粘弹性等问题。

二，现状现在有限元分析法的应用领域已经由开始时的固体力学，扩展到流体力学、传热学和电磁力学等多个传统的领域。

已经形成了一种非常成熟的数值分析计算方法。

大型的商业化有限元分析软件也是层出不穷，如：SAP系列的代表SAP2000（Structure Analysis Program）美国安世软件公司的ANSYS大型综合有限元分析软件美国航天航空局的NASTRAN系列软件除此以外，还有MASTER、ALGO、ABIQUES、ADINA、COSMOS等。

工程中的有限元分析方法教学设计

工程中的有限元分析方法教学设计简介有限元分析是一种工程设计计算方法，常用于结构力学、流体力学、热传导等领域的分析。

本文将介绍如何设计一门有限元分析方法的教学课程，涵盖教学目标的制定、教学内容安排、教学方法选择等方面。

教学目标1.理解有限元法的基本原理和应用范围；2.了解有限元方法在不同工程领域中的应用；3.能够应用有限元方法进行简单的结构分析和形状优化；4.能够使用有限元分析软件进行建模、网格划分和分析；5.能够进行分析结果的后处理和解释。

教学内容和安排第一周：有限元基础知识1.有限元法的发展历史和基本概念；2.有限元法的优缺点和适用条件；3.有限元法的基本步骤和常用术语；4.有限元网格生成与修补；5.基于有限元法的工程分析案例分析。

第二周：结构力学分析1.弹性力学方程和偏微分方程；2.有限元法在结构力学中的应用；3.常见的结构力学问题和解法；4.结构力学有限元分析软件的应用。

第三周：流体力学分析1.流体力学的基本方程和数值解法；2.有限元法在流体力学中的应用；3.常见的流体力学问题分析；4.流体力学有限元分析软件的应用。

第四周：热传导分析1.热传导基本方程和数值解法；2.有限元法在热传导中的应用；3.常见的热传导问题分析；4.热传导有限元分析软件的应用。

第五周：形状优化问题与有限元分析1.演化算法与形状优化；2.有限元法在形状优化中的应用；3.形状优化有限元分析软件的应用；4.应用案例分析和讨论。

第六周：有限元方法实践和课程总结1.有限元分析工具的使用；2.有限元方法实践操作和案例分析；3.课程总结和教学反馈。

教学方法1.理论讲授：教师讲述理论知识，同时鼓励学生积极参与；2.认知学习：采用短片、案例等方式，帮助学生了解和认知；3.实践学习：课程设计中设置一定的实践操作环节，鼓励学生积极体验和探究；4.互动交流：加强师生间、学生间的交流和互动，呈现更好的教学效果。

总结有限元分析方法在工程设计领域扮演着重要的角色，因此掌握有限元分析方法的理论和实践技能对于工程专业学生来说尤为重要。

有限元技术基础教学设计

有限元技术基础教学设计引言有限元技术是一种重要的工程分析方法，广泛应用于结构力学、流体力学、热力学、电磁场等领域。

因此，在工程类专业的教学中，有限元技术是不可缺少的一部分。

在教学设计中，如何科学、合理地设计有限元技术课程，提高学生的学习效果和能力，是一个非常重要的问题。

本文将介绍一种基于任务型教学思想的有限元技术基础教学设计方案。

任务型教学设计思想传统的教学方式通常是以教师为中心，通过讲授理论知识、演示操作等方式进行，学生只是被动听、被动看的对象，学习效果较低。

而任务型教学是一种以学生为中心、以任务为导向的教学模式。

任务型教学注重学生的自主学习和实践能力，在完成任务的过程中，学生可以积极参与、探究问题，发挥自己的想象力和创造力，从而提高学习效果。

任务设计任务目标本次任务的目标是：掌握有限元技术的基本原理、基本分析流程和实践应用能力，能够利用ANSYS软件进行有限元分析。

任务内容本次任务分为三个部分：第一部分：理论学习在本节课中，学生需要通过课堂教学、自主阅读等方式，掌握有限元技术的基本原理、基本分析流程。

第二部分：软件操作在本节课中，学生需要掌握ANSYS软件的基本操作方法，利用该软件进行有限元分析。

第三部分：实践应用在本节课中，学生需要利用有限元方法进行实际工程问题分析，并给出相应的分析结果。

任务过程第一部分：理论学习1.自主学习并理解教材中关于有限元方法的内容；2.参加教师授课，加深对有限元方法的理解；3.制定学习计划，自主学习相关参考资料，拓宽知识面。

第二部分：软件操作1.安装ANSYS软件；2.学习ANSYS软件的基本操作方法；3.利用ANSYS软件进行简单的有限元分析。

第三部分：实践应用1.选择一个实际工程问题；2.进行有限元分析；3.思考分析结果的科学性和可行性，并提出相应的改进方案。

任务评价本次任务将以任务完成情况、任务报告的撰写情况、课堂参与表现等因素进行综合评价。

总结本文介绍了一种基于任务型教学思想的有限元技术基础教学设计方案。