1有限元分析基础教学大纲

《有限元分析基础》教学大纲

学时数：32，其中理论授课24学时，实验（上机）8学时；学分：2；

适用专业：机械工程及其自动化、机械设计制造及其自动化、机械电子工程。

一、课程的性质、目的和任务

1、性质：本课程是机械设计制造及自动化、材料成型及制造工程专业等相关专业的专业选

修课。

2、目的：通过课堂教学与上机实践，使学生了解有限元分析方法的基本理论；掌握工程及

设备结构的受力与变形分析，以及软件ANSYS的基本使用方法；提高工程结构分析、计算

与设计，以及解决实际问题的能力。

3、任务：在课堂教学中，主要以材料特性及其结构为对象，介绍固体力学的有限单元分析

方法的基本理论和边值问题的近似计算及其应用方法。在讲授的同时配以相应的理论计算及

工程应用软件ANSYS的应用实例，是学生加深对基本理论和分析方法的理解；在上机实践

中，以课堂理论为基础，介绍大型工程软件ANSYS的基本构成及使用方法，使学生了解和

掌握有限单元法的基本编程与分析方法，培养学生对机电工程及设备结构受力与变形研究的

计算机分析技能。最终提高学生工程结构分析、设计与解决实际问题的能力。

二、教学的基本要求

本课程的先修课程是高等数学、线性代数、工程力学等。通过课堂教学和上机实践，应使学生学习与掌握如下内容：

（1）学习有限元基本理论与基本分析方法，掌握有限元分析的具体过程、步骤和方法。

（2）了解力学方程、轴对称问题、平面问题的有限元法，掌握位移与变形的基本求解方法。（3）掌握应用有限元软件ANSYS解决工程实际问题的基本方法和技能。

（4）为以后从事本专机械设计与装备制造、工程结构分析和机电工程等相关专业课程打下

坚实的基础。

三、教学内容

第1章有限单元法简介

1 数值模拟方法简介；2有限单元法的一般原理； 3 有限单元法的数学基础； 4 有限元分析的基本步骤； 5 有限元分析的工程应用。

第2章ANSYS的建模与分析方法

1 应用有限元软件建模与分析的步骤；

2 ANSYS软件简介；

3 ANSYS结构分析的操作流程；

4 ANSYS软件的宏命令与参数化建模；

5 ANSYS的几何建模。

第3章弹性力学平面问题的有限单元法

1 弹性力学平面问题简介；

2 单元位移函数；

3 单元载荷移置；

4 单元刚度矩阵；

5 单元刚度矩阵的性质与物理意义；

6 整体分析；

7 约束条件的处理。

第4章弹性力学平面问题的分析

1 带中心圆孔方板的应力分析；

2 坝体的应力分析；

3 ｈ方法结构分析；

4 ｐ方法结构分析；

5 ANSYS的ｐ方法结构分析；

6 用动画方式显示计算结果。

第5章等参单元

1 四结点矩形单元；

2 等参单元的基本概念；

3 四边形八结点等参单元；

4 等参单元的单元分析。

第6章弹性力学轴对称问题的有限元法

1 用虚功方程建立有限元方程；

2 三结点三角形单元位移函数；

3 三结点三角形单元刚度矩阵；

4 载荷移置；

5 ANSYS弹性力学轴对称问题的分析；

6 空心圆球的受力分析；

7 ANSYS 软件的坐标系。

第7章传热问题的有限单元法(40学时时可选)

四、课时分配

课程内容

学时

（课时+机时）

第1章有限单元法介绍：基本概念；一般原理；数学基础；分析步骤；工

程应用

4+0 第2章ANSYS建模与分析方法：ANSYS软件简介与操作；结构分析；几

何建模。上机实践：简支梁结构的建模与分析；轴承座的几何建模。

2+4 第3章弹性力学平面问题：平面问题的建模；单元分析；整体分析；约束

条件的处理。

6+0 第4章弹性力学平面问题的ANSYS分析：带中心孔方板的应力分析；

坝体截面应力分析；h方法结构分析；p方法结构分析。上机实践：带中心

孔方板的应力分析；p方法结构分析。

2+4 第5章等参单元：等参单元的基本概念；四变形八结点矩形单元；等参单

元的单元分析。

4+0 第6章弹性力学轴对称问题的有限元法：虚功方程；三结点三角形单元位

移函数；三结点三角形单元刚度矩阵；载荷移置。上机实践：弹性力学轴

对称问题的分析；空心圆球受力分析。

6+2

学时合计(课时+机时) 24+8=32 五、教学环节及方法

授课方式：多媒体教学；实验方式：计算机仿真实验

六、考核方式

考核方式为考查，采用开卷与上机编程。总成绩由平时成绩、实验和考核成绩构成。

七、教材及主要参考书

教材：

石伟，有限元分析基础与应用教程，机械工业出版社，2010.

主要参考书：

[1] 王新荣, 初旭宏. ANSYS有限元基础教程. 电子工业出版社. 2011.

[2] 秦宇. ANSYS 11.0基础与实例教程. 化学工业出版社. 2009.

[3] Saeed Moaveni [美], 王崧，刘丽娟，董春敏等译. 有限元分析—ANSYS

（第三版）, 电子工业出版社2011.

[4]王新荣, 初旭宏. ANSYS有限元基础教程. 电子工业出版社. 2011.

制定：教研室执笔人：刘超