《有限元》教学大纲

《有限元分析》课程教学大纲

【课程编号】×××××

【课程名称】有限元分析/ Finite Element Analysis

【课程性质】专业核心课

【学时】144学时【实验/上机学时】144学时

【考核方式】试卷考【开课单位】XX学院

【授课对象】本科、机械设计制造及其自动化学生

一、课程的性质、目的和任务

有限元法作为边值问题的近似计算方法，随着计算机和计算技术的迅猛发展，其应用已从固体力学发展到流体力学、热力学、电磁学、声学、光学、生物学等多耦合场问题。《有限元分析基础》是材料成型类专业的一门专业基础课，主要介绍固体力学有限单元法的基本理论和应用。在对有限单元法的原理、方法进行讲授的同时配以相应的计算算例及大型工程软件的使用示例，加深学生的理解和消化。

课程教学所要达到的目的是：1、有限单元法的基本理论和实施方法；2、掌握工程结构和设备的受力及变形分析技能并最终提高他们的工程设计能力和解决实际问题的能力；3、利用ANSYS软件上机实践完成两个上机练习：刚架结构有限元分析和三维固体有限元分析；4、掌握利用有限元的加权残值法求解场问题的概念，重点介绍1维和2维热传导问。

题有限元分析。

二、教学内容、基本要求和学、课时分配

第一章：ANSYS概论（13学时）

（一）基本要求：了解有限元法的分析过程，ANSYS 15.0的安装与启动，前处理、加载并求解、后处理。

（二）教学内容和课时分配：

1、有限元法的分析过程，ANSYS 15.0的安装与启动（2学时）

2、系统要求、设置运行参数（1学时）

3、ANSYS分析的基本过程（1学时）

4、实验内容（9学时）

实验1 梁的有限元建模与变形分析（1学时）

实验目的和要求：

1)要求选择不同形状的截面分别进行计算；

2) 梁截面分别采用以下三种截面；

3) 设置计算类型；

重点：有限元法的分析过程，ANSYS 15.0的安装与启动；

难点：ANSYS分析的基本过程；

第二章：图形用户界面（13学时）

（一）基本要求：了解ANSYS软件界面下各窗口的功能，具体包括应用命令菜单、主菜单、工具栏、输入窗口、图形窗口和输出窗口。ANSYS架构及命令，具体包括简单模型的建立、材料属性输入、单元的选择和划分、求解处理和后置处理。

（二）教学内容和课时分配：

1、ANSYS 15.0图形用户界面的组成（1学时）

具体包括应用命令菜单、主菜单、工具栏、输入窗口、图形窗口和输出窗口。ANSYS 架构及命令，具体包括简单模型的建立、材料属性输入、单元的选择和划分、求解处理和后置处理2、对话框及其组件、通用菜单，输入窗口

2、主菜单，输出窗口，图形窗口的功能（1学时）

3、个性化界面（1学时）

4、实验内容（10学时）

实验1 超静定桁架的有限元建模与分析

实验目的和要求：上机熟悉ANSYS软件的命令，并对简单的例题进行有限元静、动态分析。

重点（黑体，小四号字）：ANSYS 15.0图形用户界面的组成；

难点（黑体，小四号字）：主菜单，输出窗口，图形窗口的功能；

第三章：几何建模（14学时）

（一）基本要求：ANSYS软件中坐标系统和坐标平面、节点和元素的定义、负载定义、复杂实体模型的建立方法等。对分析结果进行后处理，具体包括绘变形图、支反力列表、绘应力等值线图和网格密度检查等。

（二）教学内容和课时分配：

1、几何建模概述（1学时）

自底向上创建几何模型，自顶向下创建几何模型，布尔运算操作，拖拉和旋转，移动和复制，修改模型（清除和删除），从IGES文件几何模型导入到ANSYS

2、坐标系简介（1学时）

3、工作平面的使用（1学时）

4、自底向上创建几何模型（1学时）

5、自顶向下创建几何模型（体素）（1学时）

6、使用布尔操作来修正几何模型（1学时）

7、实验内容（8学时）

实验1超静定梁的有限元建模计算

实验目的和要求：学生在老师的指导下自己上机熟悉ANSYS软件的相关命令，练习输入和自己建立三维实体模型，并对复杂的结构进行有限元静、动态分析。

重点：自底向上创建几何模型，自顶向下创建几何模型，布尔运算操作；

难点：拖拉和旋转，移动和复制，修改模型（清除和删除），从IGES文件几何模型导入到ANSYS。

第四章：网格划分（13学时）

（一）基本要求：掌握ANSYS网格划分工具，设定单元属性，网格划分的控制，自由网格划分和映射网格划分控制，直接通过节点和单元生成有限元模型等的方法。

（二）教学内容和课时分配：

1、有限元网格概述、设定单元属性（1学时）

2、网格划分的控制，ANSYS网格划分工具（1学时）

3、自由网格划分和映射网格划分控制，延伸和扫掠生成有限元模型（1学时）

4、直接通过节点和单元生成有限元模型，编号控制（1学时）

5、实验内容（9学时）

实验1 平板的有限元建模与变形分析

实验目的和要求：给模型施加x方向约束，施加y方向约束，并输出结果显示。

重点（黑体，小四号字）：网格划分的控制，ANSYS网格划分工具；

难点（黑体，小四号字）：自由网格划分和映射网格划分控制，延伸和扫掠生成有限元模型，直接通过节点和单元生成有限元模型，编号控制；

第五章：施加载荷（13学时）

（一）基本要求：了解荷载的定义，掌握实体模型载荷与有限单元载荷，创建多载荷步文件，动力学分析等。

（二）教学内容和课时分配：

1、载荷概述，（1学时）

2、施加载荷概述（1学时）

3、设定载荷步选项（1学时）

4、实验内容（10学时）

实验1 —内六角扳手的载荷施加

1）实验目的和要求：1、添加位移边界条件。2、显示边界条件。3、在手柄上施加压力，写第一载荷步，定义向下的压力同时写出第二载荷步。

重点：载荷步、子步和平衡迭代，阶跃载荷与坡道载荷。

难点：实体模型载荷与有限单元载荷，利用表格来施加载荷。

第六章：求解（13学时）

（一）基本要求：学会使用直接求解法，了解利用特定的求解控制器来指定求解类型。

（二）教学内容和课时分配：

1、求解概述（0.5学时）

2、利用特定的求解控制器来指定求解类型（0.5学时）