《有限元》教学大纲

1、有限元分析课程教学大纲【课程编号】XXXXX【课程名称】有限元分析/FiniteElementAnalysis【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

2、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，ANSYS15.0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，ANSYS1

3、5.0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，ANSYS15.0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

4、和后置处理。（二）教学内容和课时分配：1、ANSYS15.0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）：ANSYS15.0图形用户界面的组成；难点（黑体，小四号字）：主菜单，输出

5、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ANSYS2、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

6、）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

7、、网格划分的控制，ANSYS网格划分工具（1学时）33、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

8、，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.

9、5学时）3、多载荷步求解（1学时）4、重新启动分析，预测求解时间和估计文件大小（1学时）5、实验内容（10学时）实验1受内压作用的球体的有限元建模与分析1）实验目的和要求：1、生成特征点。2、网格划分。3、水平直边施加约束，竖直边施加约束，内弧施加径向的分布载荷。4、通过学习本立体后将对ANSYS分析有个全面的认识。重点：利用特定的求解控制器来指定求解的方法难点：多载荷步求解，重新启动分析的方法第七章：后处理（13学时）（一）基本要求：学会观察制定载荷步的整个模型的结果，会调用各种变形图，列出反作用力等。（二）教学内容和课时分配：1、后处理概述（1学时）2、通用后处理器（1学时）3、时间历程后

10、处理器（1学时）4、实验内容（10学时）实验1查看计算结果实验目的和要求：学会调用时间历程后处理器（POST26）,定义和储存POST26变量，检查变量等。实验2内六角扳手的静态分析后处理实验目的和要求：学会读取第一个载荷步计算结果，读取下一载荷步计算结果，放大横截面等。重点：将数据结果读入数据库，列表显示结果，图像显示结果；难点：定义和储存POST26变量；第八章：静力分析（13学时）（）基本要求：（1）掌握平面问题静力分析方法，轴对称结构精力分析方法；（2）了解周期对称结构的静力分析方法等；（二）教学内容和课时分配:1、静力分析概述（1学时）2、钢桁架桥静力受力分析（2学时）3、实验内容（

11、10学时）实验1超静定梁的有限元建模计算实验目的和要求：1、学会如何在anasys中建立节点和关键点；2、学会如何设定分析模块，定义材料属性等。重点：静力分析的求解步骤；难点：GUI操作方法；第九章：模态分析（13学时）（一）基本要求：1）掌握模态分析的基本步骤；（2）学会观察观察结果和后处理等；（二）教学内容和课时分配：1、模态分析概述（1学时）2、模态分析的基本步骤（1学时）3、钢桁架桥模态分析（1学时）4、实验内容（10学时）实验1轴对称结构静力分析旋转外轮实验目的和要求：1、学会利用轴对称使问题简化；2、进一步强化模态分析的基本步骤。重点：模态分析的基本步骤；难点：钢桁架桥模态分析；第

12、十章：非线性分析（13学时）（）基本要求：（1）了解程序的运作方式和结构的表现行为；（2）通过首先分析一个简化模型，以便使学生对结构的特性有一个初步了解；（3）学会阅读和理解程序的输出信息和警告。（二）教学内容和课时分配：1、非线性分析概述（1学时）2、非线性分析的基本步骤（2学时）3、实验内容（10学时）实验1铆钉冲压应力分析实验目的和要求：1、了解铆钉冲压的建模过程。2、掌握如何定义边界条件并求解。重点：非线性分析的基本步骤；难点：设置求解控制器；第十一章：热变形问题的有限元分析（13学时）（一）基本要求：学会如何用ANSYS软件分析计算物体的稳态或瞬态温度分布，以及热量的获取或损失、热梯

13、度、热通量等。（二）教学内容和课时分配：1、热分析概述（1学时）2、热分析的基本过程（1学时）3、实验内容（11学时）实验1蒸汽管分析实验目的和要求：学生在老师的指导下自己上机熟悉ANSYS软件的相关命令，并用软件计算由于热变形不均匀引起的应力。重点：热分析单元；难点：热分析的基本过程；学时分配表：早节教学内容学时分配教学方法备注理论学时实验/上机学时第一早ANSYS概论49讲授+上机第一早图形用户界面310讲授+上机第一早几何建模68讲授+上机第四章网格划分49讲授+上机7-J-*Vr.第五早施加载荷310讲授+上机AVr*、.宀第八早求解310讲授+上机第七章后处理310讲授+上机第八章静力分析310讲授+上机第九章模态分析310讲授+上机第十章非线性分析310讲授+上机第十一章热变形问题的有限元分析211讲授+上机合计37107三、教材和参考书目：教材：刘平安,槐创锋，详解ANSYS有限元分析，北京：电子工业出版社，2015参考书目：1 吕建国，ANSYS15.0机械与结构有限元分析从入门到精通，北京：机械工业出版社，20152 高秀华、张小江、王欢等编著，有限单元法原理及应用简明教程，北京：化学工业出版社，2008；3 张洪信主编，有