1有限元分析基础教学大纲
有限元分析基础教案(武汉理工)
有限元分析基础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。
研究生有限元分析课程教学大纲
《有限元分析》课程教学大纲课程编号：学分：总学时：54讲课学时: 50 实验学时：0 上机学时：4 适用专业：机械工程开课时间：第1学期授课教师：王建明课程性质：学位课授课形式：双语教学一. 本课程的地位、作用和任务《有限元分析》是机械工程专业硕士研究生的一门学位课。
本课程是计算机辅助分析的理论基础和重要工具。
涉及到《计算机辅助设计》、《材料力学》和《计算机算法语言及程序设计》等基础课程的相关知识。
通过本课程的学习，要求学生能够掌握有限元的基本概念、理论和建模技术，以便能正确使用商业有限元软件解决实际工程问题，特别是涉及到复杂工程结构的力学分析问题。
二．本课程教学基本内容固体力学和结构力学简介；有限元法基础；桁架、梁、刚架、二维固体、板和壳、三维固体的有限元法；建模技术；热传导问题的有限元分析；ANSYS软件的使用三．课程教学基本要求1．简要了解二维和三维固体以及桁架、梁和板结构的三组基本力学方程，即表示位移-应变关系的几何方程，表示应力-应变关系的本构方程和表示内力-外力关系的平衡方程。
2．了解利用能量法形成有限元离散系统方程的基本原理，即哈密尔顿原理。
掌握有限元分析的基本方法及步骤，包括域的离散、位移插值、构造形函数、单元有限元方程的建立、坐标变换、整体有限元方程的组装、整体有限元方程的求解技术。
3．具体深入的了解并掌握桁架结构、梁结构、刚架结构、二维固体、板和壳结构、三维固体的有限元法分析技术，包括他们具体的形函数构造，应变矩阵，局部坐标系和整体坐标系中的单元矩阵。
各种结构的实例研究。
4．了解并掌握建立高质量建模所涉及的各种关键技术。
包括单元类型的选择，单元畸形的限制，不同阶数单元混用时网格的协调性问题，对称性的应用（平面对称、轴对称、旋转对称、重复对称），由多点约束方程形成刚域及应用（模拟偏移、不同自由度单元的连接、网格协调性的施加）等，以及多点约束方程的求解。
5. 了解并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。
《有限元分析》课程教学大纲(本科)
《有限元分析》课程教学大纲课程编号：081043111课程名称：有限元分析英文名称：Finite Element Analysis课程类型：专业课课程要求：必修学时/学分：32/2 （讲课学时：24实验学时：0上机学时：8）适用专业：机械设计制造及其自动化一、课程性质与任务《有限元分析》是机械设计制造及其自动化专业的专业平台课。
它的目的和任务是通过课程学习使学生掌握有限元分析的基础理论知识及使用有限元法进行结构计算分析的基本方法。
本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本分析方法的讲解；在培养实践能力方面着重引导学生采用MATLAB及ANSYS软件解决具体的工程实际问题能力。
二、课程与其他课程的联系本课程的先修课程有高等数学、理论力学、材料力学。
与机械系统设计、机械优化设计等后续专业课程中的结构设计分析等内容相关联。
三、课程教学目标1.能将有限元的基本理论和方法用于解决实际的工程问题，建立有限元模型，并给出正确的解答，为前期的机械结构设计提供参考。
（支撑毕业能力要求2.1, 2.2）2.运用本课程的知识对实际的工程问题，根据类比等方式获得的分析结果提出机械产品的最优设计方案。
（支撑毕业能力要求3.1, 3.2, 8.2）3.采用有限元方法对复杂的工程问题进行分析，解释结果数据，进而得出科学的研究结论。
（支撑毕业能力要求4.2, 4.3, 8.2）4.可以用MATLAB及ANSYS软件对复杂的工程问题进行分析，了解各软件在分析不同问题时的优势及局限性。
（支撑毕业能力要求5.1, 5.2）五、其他教学环节无。
六、教学方法本课程以课堂教学为主，结合作业、上机等教学手段和形式完成课程教学任务。
在课堂教学中，通过讲授、提问、讨论、演示等教学方法和手段让学生理解有限元理论的基本概念，基本原理和各种分析方法，强调有限元方法的工程应用背景以及MATLAB、ANSYS软件在有限元分析中的应用。
七、考核及成绩评定方式本课程的成绩由过程考核成绩和期末笔试成绩组成，其中过程考核包括平时表现成绩、作业成绩和上机成绩三部分组成。
有限元法基础教学大纲(06级)
《有限元法基础》教学大纲一、课程的性质和任务课程中文名称：有限元法基础课程英文名称：A First Course in the Finite Element Method课程代码：0701022课程类别：必修课程学分：2.5课程学时：46授课对象：工程力学（本科）前导课程：材料力学、结构力学、弹性力学、高等数学、线性代数二、教学目的随着计算机技术和计算方法的发展, 复杂的工程问题可采用离散化的数值计算方法并借助计算机得到满足一定精度要求的数值结果。
而在工程领域中应用最广泛的数值模拟方法是有限元法, 它不但可以解决固体力学及结构分析方面的问题, 而且应用于传热学、流体力学、电磁学等领域, 其计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据, 广泛应用于航空航天、机械制造、建筑设计、石油化工等领域。
许多通用有限元分析程序将有限元分析、计算机图形学和优化设计相结合形成了完整的计算机辅助分析系统, 这样可以显著的提高产品设计性能、缩短设计周期, 尤其是在高性能、大负荷、轻结构的机电行业发展趋势中表现的更加突出。
掌握一定的有限元分析能力, 将成为工程科研人员的一项基本能力。
有限元方法(Finite Element Method, FEM)是计算机问世以后迅速发展起来的一种分析方法。
每一种自然现象的背后都有相应的物理规律，对现象的描述可以借助相关的定理或定律表现为各种代数的、微分的、或积分的方程，这些方程通常称为控制方程(Governing equation)。
推导这些方程并不十分困难，对于很多的实际工程问题的确很难从这些方程中获得解析的数学解。
人们多采用数值方法给出近似的满足工程精度要求的解答，有限元方法就是一种应用十分广泛的数值分析方法，也是工程科学的重要工具，其重要性仅次于数学。
随着计算机技术和计算方法的发展, 复杂的工程问题可采用有限单元数值计算方法并借助计算机得到满足一定精度要求的数值结果。
有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。
有限元分析基础讲义
第一章 概述
1.1 有限单元法的概念
基本思想:借助于数学和力学知识，利用计算机技术而
解决工程技术问题。
Finite Element Method -_FEM Finite Element Analysis
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第一章 概述
三大类型(按其推导方法分):
(1) 直接刚度法(简称直接法): 根据单元的物理意义，建立有关场变量表示的单元
(a) 刚架结构示意图
(b) 结点位移和结点力分向量
图3-4 平面刚架分析示意图
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第三章 杆系结构静力分析的有限单元法
结点位移列向量为
i ui vi i T
单元e结点位移列向量为
j u j vj j T
e
i j
ui
i
i
uj
j
j T
结点力向量为
Fi e Ui V i Mi eT Fj e U j V j M j eT
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第二章 结构几何构造分析
(a) 结构本身可变 (b) 缺少必要的约束条件 (c) 约束汇交于一点 图2-1 几何可变结构
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第二章 结构几何构造分析
2.2 结构计算基本知识
2.2.1 结构计算简图
实际结构总是很复杂的，完全按照结构的实际情况 进行力学分析是不可能的，也是不必要的，因此在对实 际结构进行力学计算之前，必须将其作合理的简化，使 之成为既反映实际结构的受力状态与特点，又便于计算 的几何图形。这种被抽象化了的简单的理想图形称之为 结构的计算简图，有时也称为结构的力学模型。 结构计算所常用的结点和支座的简化形式:
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第二章 结构几何构造分析
(3) 按结构自由度分 ①静定结构——自由度为零的几何不变结构。其特征: a. 静定结构的内力及支座反力可全部由平衡方程式
《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。
有限元分析基础教学大纲
有限元分析基础Fundamentals of Finite Element Analysis一、课程基本信息学分：2.5总学时：40学时讲课学时：40学时上机学时：1周（有限元分析基础实践，01111790）实验学时：0 学时课程A/B类归属：课程代码：01111780开课学期：第五学期先修课程：理论力学（08100170）、材料力学（08100180）、线性代数（08100030）二、课程介绍及教学目的、教学要求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。
本课程对于学生了解和掌握有限单元法的基本理论和实施方法、培养他们对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，具有重要的理论指导作用。
三、本课程与其他有关课程的联系本课程的先修课程是高等数学、线性代数、工程力学等。
学生通过对本课程的学习，将为学习和巩固机械设计、材料成型及控制、材料失效分析、专业结构装备制造以及其他机械性质的专业课程打下坚实的基础。
四、课程内容及课时分配（一）课程内容第一章概述1.1 有限单元法的概念1.2 有限单元法基本步骤1.3 工程实例第二章结构几何构造分析2.1 结构几何构造的必要性2.2 结构计算基本知识2.3 结构几何构造分析的自由度与约束2.4 自由度计算公式第三章杆系结构静力分析的有限单元法3.1 结构离散与向量表示3.2 位移函数及单元的刚度矩阵3.3 坐标变换及单元刚度矩阵3.4 整体刚度矩阵3.5 约束处理及求解3.6 计算示例3.7 ANSYS桁架结构计算示例3.8 ANSYS刚架结构计算示例第四章平面结构问题的有限单元法4.1 平面应力问题4.2 平面应变问题4.3 平面问题的离散化4.4 平面三结点三角形单元4.5 ANSYS平面结构计算示例第五章等参元5.1坐标变换与平面四结点等参元5.2平面八结点等参单元5.3单元刚度矩阵5.4 ANSYS等参元计算示例第六章空间问题的有限单元法6.1 三维应力状态6.2 空间结构的离散化6.3 简单四面体单元6.4 20结点等参元6.5 ANSYS空间问题计算示例第七章轴对称旋转单元7.1 应力与应变关系7.2 单元刚度矩阵7.3 ANSYS轴对称旋转单元计算示例五、实验环节内容（有限元分析基础实践，01111790）上机内容:1、ANSYS软件的安装及基本操作2、ANSYS建模（几何模型的建立、单元定义、网格划分）3、加载、求解与后处理操作练习4、杆系结构静力分析5、平面结构问题的有限单元法分析6、空间问题的有限单元法分析六、执行大纲应注意的问题1、教学中应注重基本知识、基本理论和基本方法的讲授，注意精讲多练。
《有限元分析》课程教学大纲.doc
《有限元分析》课程教学大纲课程代码：0803731009课程名称：有限元分析英文名称：Finite Element Analysis总学时：32 讲课学时：12 实验学时：0 上机学时：20 课外学时：0学分：2适用对象：机械设计制造及其自动化专业（计算机辅助制造与数控加工专业方向）先修课程：工程制图、金属材料及加工、机械设计基础、工程力学。
一、课程性质、目的和任务有限元分析属于机械设计制造及其自动化专业（计算机辅助制造与数控加T专业方向）的专业任选课。
有限单元法是一种数值计算方法，在广泛的大型、复杂工程问题或领域屮，是一种分析设计和科学研究的有力工具。
例如固体力学、流体力学、地质力学、电磁学、传热学、建筑声学与噪音等问题或领域的分析研究屮，都可以利用有限元方法。
通过本课程学习使学生对有限单元法的基木原理及解决问题的基木步骤、应用要点，有一个基本认识和初步掌握，培养和提高解决T•程实际问题的基本技能，为应川有限元分析软件包解决实际工程问题奠定基础。
二、教学基本要求通过本课程的学习，学生应达到如下要求：1・了解有限元方法解决T程技术问题的基本方法；2.掌握有限元方法的基本原理、使用方法和解题步骤，并能够对轴对称零件、杆类零件、薄板弯曲等零件变形的进行具体的分析；3.了解热变形和热应力分析的方法和步骤。
三、教学内容及要求（一）绪论教学内容：介绍机械结构设计与有限元分析的关系，介绍有限元法的起源、早期的主要工作和基木思想，当前有限元软件的发展水平，川有限元法分析的一些T程问题的基木思路。
教学要求：在阐述有关基木理论的基础上，联系工程实际问题，了解有限元法研究的内容和方法，初步理解具在解决固体力学及结构分析方面的问题，而且应用于传热学、流体力学、电磁学等领域问题屮的重要地位。
（二）弹性力学的基础理论教学内容：介绍关于有限元方法的一些数学和力学基本知识，通过弹性力学变分原理建立弹性力学问题有限单元法的表达格式。
《有限元分析课程设计》教学大纲
《有限元分析课程设计》教学大纲课程编号：4012057课程中文名称：有限元分析课程英文名称：Fin ite E le me n t An a lys is课程类别：专业课周数：2周学分：2学分适用专业：机械设计制造及其自动化机械制造及自动化专业方向一、课程设计的性质、目的有限元分析课程设计是一门技术基础综合课程，是工科院校相关专业的学生在校期间第一次接受较全面的工程师基本能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。
(一) 目的课程目的和任务旨在使学生了解有限元分析的基本方法，通过使用计算机计算工程力学中的若干问题，进一步加深工程力学课程中的基本概念和基本理论，培养学生解决一些简单的工程实际问题的能力，为学生在今后的机械课程设计和毕业设计中对机械构件进行力学分析打下扎实的基础。
（二）任务（1）完成课程设计题目的方案分析与设计;（2）完成装配图、零件图设计；（3）编写设计计算说明书。
二、课程设计基本要求1. 了解有限元分析的基本原理和方法；2. 熟悉有限元分析软件（ANSYS）的图形用户界面和菜单；3. 能熟练创建二维和三维有限元分析模型；4. 会使用指定的单元对有限元分析模型进行网格划分，也能对一些简单的有限元分析模型选择合适的单元进行网格划分；5. 能熟练使用工程力学的知识来确定模型的约束条件和受力的类型；6. 会使用有限元分析软件对有限元分析模型进行计算；7. 能熟练掌握有限元分析后处理过程，并对计算结果作出正确的评价；8. 掌握使用有限元分析方法对机械构件进行优化设计的过程；三、课程设计教学内容1．ANSYS有限元分析软件简介、功能概览和分析案例；2．ANSYS图形用户界面及基本操作方法；3．创建2D有限元模型4．加载、求解、结果后处理5．高级建模技术6．分析结果评价四、课程设计时间分配机械设计基础课程设计集中2周的共10个工作日完成，进度可参照如下安排：第1个工作日：学习ANSYS图形用户界面和分析的基本步骤；第2～3个工作日：创建有限元模型、加载_求解_后处理；第4～5个工作日：使用多媒体课件，理论教学与上机练习分析设计计算，及辅导；第6～7个工作日：教师布置题目和内容，学生查阅收集相关资料进行计算；第8个工作日：结果分析汇总；第9个工作日：编写课程设计说明书；课程设计总结；第10个工作日：答辩。
研究生教学大纲——工程有限元分析_1
附件4：研究生课程教学大纲课程编号：小四宋体，右对齐，加粗工程有限元分析Finite Element Analysis In Engineering一、计划总学时：36 学分： 3 开课学期：Ⅱ授课方式：课堂教学考核方式：其他形式（大作业）二、适用专业：机械工程及其相关应用专业三、预修课程：高等数学、CAD三维设计基础、工程力学、材料力学四、教学目的：有限元分析方法是一种现代设计方法。
应用于工程设计中，可以提高产品质量、降低产品成本，是一种具有重要意义和巨大潜力的先进数字化分析技术。
该课程为机械工程及其相关专业硕士研究生的基础选修课。
本课程的目的是培养学生学会在机械设计中应用有限元分析技术来解决实际工程问题，掌握有限元分析方法的基本概念、基本原理、使用方法和解题步骤，并能够对轴对称结构、梁结构、桁架结构等变形进行具体的分析，熟悉ANSYS、ABAQUS、LS-DYNA等常用有限元分析软件在实际工程中的应用。
五、大纲内容及学时分配：第1章绪论（2学时）1.1 有限元分析的基本概念及其适用性1.2 有限元分析的发展概况及工程应用第2章常见有限元分析软件介绍（3学时）2.1 ANSYS介绍2.2 ABAQUS介绍2.3 LS-DYNA介绍2.4 HyperWorks介绍2.5 I-DEAS介绍第3章有限元分析方法的一般步骤（4学时）3.1 物体的离散化及插值函数3.2 平面问题有限元分析方法和程序3.3 边界条件和约束3.4 单元刚度矩阵和总刚度矩阵3.5 静力平衡问题求解第4章ANSYS7.0有限元分析的典型过程（4学时）4.1 前处理4.1.1 有限元模型的建立4.1.2 ANSYS 图元4.1.3 设置工作平面4.1.4 定义单元属性4.1.5 划分网格4.1.6 细划局部网格4.2 加载和求解4.2.1 加载4.2.2 求解4.3 结果后处理第5章静力分析（6学时）5.1 静力分析的基本步骤5.1.1 建立有限元模型5.1.2 施加载荷并求解5.1.3 查看分析结果5.2 梁结构静力分析5.2.1 自重对结构影响的分析5.2.2 均布载荷对结构影响的分析5.2.3 三维梁受集中载荷弯曲的分析5.3 桁架结构静力分析5.3.1 二维桁架分析5.3.2 三维桁架分析5.4 平面应力分析5.4.1 平面应力分析实例5.4.2 通过自定义路径查看分析结果5.4.3 P法分析第6章非线性分析（4学时）6.1 非线性分析简介6.1.1 非线性行为的原因6.1.2 非线性分析的特殊性6.1.3 非线性分析的主要步骤及注意事项6.1.4 非线性分析实例6.2 几何非线性分析6.2.1 几何非线性分析的注意事项6.2.2 几何非线性分析实例6.2.3 屈服分析及实例6.3 材料非线性分析6.3.1 材料塑性理论介绍6.3.2 塑性分析选项6.3.3 材料非线性分析实例6.4 状态非线性分析6.4.1 接触分析类型及其主要分析步骤6.4.2 接触分析实例第7章动力学分析（4学时）7.1 动力学分析简介7.1.1 动力学分析的类型7.1.2 动力学分析建模的注意事项7.2 模态分析7.2.1 模态分析的主要步骤7.2.2 模态分析实例7.3 谐响应分析7.3.1 谐响应的分析方法7.3.2 谐响应分析步骤7.3.3 谐响应分析实例7.4 瞬态分析7.4.1 瞬态动力学分析的分析方法7.4.2 瞬态动力学分析的主要步骤7.4.3 瞬态动力学分析实例第8章APDL及其应用（3学时）8.1 APDL简介8.2 APDL应用实例分析第9章MATLAB语言及应用（4学时）9.1 基础准备及入门9.2 符合计算9.3 数值数组及向量化运算9.4 数值计算9.5 数据和函数可视化9.6 M文件和函数句柄9.7 Simulink仿真第10章ANSYS7.0拓扑优化设计方法（2学时）10.1 拓扑优化设计方法简介10.2 拓扑优化的主要步骤和实例分析六、教材及主要参考书：(一) 理论课教材1、张亚欧，谷志飞，宋勇等. ANSYS7.0有限元分析实用教程. 清华大学出版社，2004.2、张志涌，杨祖樱.MATLAB教程，北京：北京航空航天大学出版社，2006.(二) 主要参考书1、李亚智．有限元法基础与程序设计．科学出版社，2004.2、李黎明．Ansys有限元分析实用教程．清华大学出版社，2005.3、曾攀. 有限元分析及应用. 清华大学出版社，2004.4、周昌玉，贺小华. 有限元分析的基本方法及工程应用研究. 化学工业出版社，2006.5、曹戈，赵阳. MTALAB实用教程，北京：清华大学出版社，2005.6、朱衡君，肖燕彩，邱成. MA TLAB语言及实践教程，北京：北京交通大学出版社，2005.七、任课老师：杨志贤，申祥八、大纲撰写人：杨志贤，申祥填表说明：1．开课学期请填写Ⅰ或Ⅱ2．授课方式：课堂教学、课堂教学与研讨、研讨、其他形式，其他形式请注明3．考核方式：笔试（开卷、闭卷），论文报告，其他形式，其他形式请注明。
有限元分析方法教学大纲
有限元分析方法教学大纲一、课程基本情况有限单元法是在当今技术科学发展和工程分析中获得最广泛应用的数值方法。
由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视。
伴随着计算机科学和技术的快速发展，现已成为计算机辅助工程和数值仿真的重要组成部分。
本课程为学生讲述有限元法基本原理、基本方法，以及有限元法在各领域的应用。
本课程的目的在于培养学生具有以下能力：掌握有限元法基本原理、基本方法，可以完成基本的有限元问题的求解，了解有限元法在各领域的应用。
三、课程的基本内容、重点难点及教学要求第1章绪论（6学时）基本内容：有限元法概述；有限元法的工程应用；有限元程序简介；弹性力学基本知识；变分原理及能量变分原理。
重点：有限元程序的构成分工；弹性力学基本知识，泛函与变分的概念，能量变分原理——虚功原理。
难点：泛函与变分的概念，能量变分原理——虚功原理。
教学要求：掌握有限元程序的构成分工；清楚弹性力学基本知识，泛函与变分的概念，了解能量变分原理——虚功原理。
第2章杆系结构单元（4学时）基本内容：一维杆单元；平面和空间杆单元；与坐标轴平行的平面梁单元。
重点：一维杆单元、平面空间杆单元及三维梁单元的单元特性；单元刚度矩阵的特性。
难点：单元刚度矩阵的特性。
教学要求：熟练掌握一维杆单元、平面空间杆单元及三维梁单元的单元特性；清楚单元刚度矩阵的特性。
第3章平面线弹性问题的有限元分析（8学时）基本内容：平面线弹性问题的基本方程；平面三角形常应变单元；总体刚度矩阵的物理意义及特点；位移边界条件的处理及总体平衡方程求解；有限元解的收敛条件；矩形单元。
重点：平面应力问题和平面应变的基本方程特性；平面三角形常应变单元的形函数、几何矩阵及刚度矩阵的特性；总体平衡方程的建立、物理意义及特点；位移边界条件的处理，总体平衡方程的求解。
难点：总体平衡方程的建立、物理意义及特点；位移边界条件的处理，总体平衡方程的求解。
教学要求：掌握平面应力问题和平面应变的基本方程特性；平面三角形常应变单元的形函数、几何矩阵及刚度矩阵的特性；清楚总体平衡方程的建立、物理意义及特点；掌握位移边界条件的处理，总体平衡方程的求解。
《有限元分析》课程教学大纲
有限元分析》课程教学大纲、课程与任课教师基本信息课程名称：有限元分析学时学分：授课时间：周三、节任课教师姓名：孟宪铸所属院（系）：机械工程学院课程类别：必修课□选修课・其中实验（实训、讨论等）学时：授课地点：职称：副教授适用专业班级：机械设计本、班联系电话：答疑时间、地点与方式：课前、课后，教室，交流二、课程简介本本课程是机械设计制造及其自动化专业的学科选修课。
它的教学目的和任务是使学生掌握有限元法基本原理，为进一步应用有限元法解决复杂的工程问题打下基础。
三、课程目标结合专业培养目标，提出本课程要达到的目标。
这些目标包括：、知识与技能目标了解有限元法的特点及利用有限元分析结构的基本步骤；理解杆、梁、板单元刚度矩阵的推导方法；理解常用非节点载荷的处理方法；学会将一般的工程问题归结为有限元力学模型的方法，并能上机计算。
、过程与方法目标保留了传统教学手段“粉笔黑板模型”的合理内核，同时积极开发、利用多媒体资源，形成全方位的立体化的教学手段，从而达到“减压增趣”、“提智扩能”的教学目标。
、情感、态度与价值观发展目标有限元分析属学科选修课。
根据世纪教育教学改革“宽口径、厚基础、高素质、强能力”的原则，学生应有较好的素质结构、较全面的知识结构。
有限元分析理论性强，与各类工程技术有着密切的联系，因此处理工程问题的能力是学习该课程学生的必备素质。
学生应重视本课程在素质培养中的作用，本着对自己、对社会高度负责的态度搞好课程学习。
体现在学习中，具体要做到：明确学习目标，端正学习态度，培养学习兴趣，认真完成每个学习环节。
同时，积极落实人才培养计划，使自己成为出色的、受社会所欢迎的工程技术人才。
四、与前后课程的联系前导课程：高等数学、线性代数、材料力学、弹性力学。
后续课程：有关专业课。
五、教材选用与参考书、选用教材：王元汉李丽娟李银平编著，《有限元法基础与程序设计》，华南理工大学出版社。
：、参考书：杨荣柏主编，《机械结构分析的有限元法》，华中科技大学出版社。
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《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。