《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》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：101134223408课程名称（中/英文）：有限元分析及工程应用/FiniteElementAnalysisandEngineeringApplication课程类别：专业核心课程学分：2总学时：32理论学时：24实验/实践学时：8适用专业：焊接技术与工程适用对象：本科先修课程：高等数学，线性代数，大学物理，工程力学教学环境：多媒体教室开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介1.课程任务与目的《有限元分析及工程应用》课程是焊接技术与工程专业本科生的一门专业核心课。本课程主要讲授有限元分析方法及ANSYS软件应用。作为结构分析的三大手段之一（试验、理论分析、数值模拟），有限元分析是目前应用最广泛的结构数值模拟手段，尤其是随着计算机技术、图形处理技术、CAE技术以及商用有限元分析软件的大力发展，有限元分析在各个领域（包括造船、海洋、航天、航空、机械、土木、能源等）得到了广泛的应用。因此学习和掌握有限元分析的基本原理和方法，对于将来从事工程技术工作的工科学生来说是一个不可缺少的环节。通过本课程的学习，希望学生能够掌握有限元分析的基本原理和方法。结合上机实验，使学生掌握有限元的基本分析流程，并能够借助于商用有限元软件，解决一些简单的焊接结构分析问题，从而为学生今后在工作岗位上应用有限元方法解决具体的工程实际问题，打下良好的基础。在课程教学过程中，注重学生专业能力培养与人格养成，注重立德树人，培育学生的社会主义核心价值观领，传承民族精神，恪守职业道德，激发学生工业兴国、爱国热情。2.对接培养的岗位能力使学生掌握有限元分析的基本原理和方法，具备使用ANSYS软件进行焊接数值模拟的能力。课程教学目标1.课程对毕业要求的支撑[毕业要求指标点2.2]能够综合运用所学专业知识对焊接技术领域工程典型问题进行分析建模。[毕业要求指标点5.2]能够根据现代焊接技术方法，开发或选择使用恰当的仪器、信息资源、工程工具，对焊接加工领域复杂工程问题，进行分析、计算与设计。2.课程教学目标对应毕业要求指标点，具体内容如下教学目标1：掌握有限元分析的基本理论、方法、步骤和流程，具备将典型焊接工程问题归结为有限元计算模型的能力，能够运用有限元方法进行焊接数值模拟。（支撑毕业要求指标点2.2）教学目标2：运用有限元分析对焊接工程设计方案进行分析、论证、评价和优化创新。（支撑毕业要求指标点5.2）四、教学课时安排（一）学时分配主题或知识点教学内容总学时学时完成课程教学目标讲课实验实践主题1概述2201、2主题2杆结构有限元分析5321、2主题3梁结构有限元分析5321、2主题4平面问题有限元分析10821、2主题5实体结构有限元分析4221、2主题6热传递问题有限元分析6601、2合计32248（二）实践教学安排（指含有实验或实践内容的课程）序号实验/实践项目名称实验/实践学时实验/实类型实验/实践要求每组人数备注1梁、杆结构实例分析4必做12平面问题及实体结构实例分析4必做1五、教学内容及教学设计主题或知识点1概述主要介绍有限元法基本概念、基本思想、发展过程和现状，有限元法的优缺点，使用有限元法解决实际工程问题的案例介绍及常用商业软件。引导学生树立工匠精神，培养他们在学习和工作中精益求精的态度，不断提升自己的专业技能。理解有限元法的基本思想。理解有限元法的优缺点。计（含教学方法、教学手段）授课、启发式教学，采用多媒体和板书相结合。主题或知识点2杆结构有限元分析弹簧和杆结构单元的划分、单元自由度的选择、单元刚度矩阵的推导、单元刚度矩阵的坐标变换、总体刚度矩阵的组装、约束和荷载的处理、ANSYS软件有限元分析流程。引导学生树立工匠精神，培养他们在学习和工作中精益求精的态度，不断提升自己的专业技能。单元刚度矩阵的推导、单元刚度矩阵的坐标变换、总体刚度矩阵的组装。单元刚度矩阵的坐标变换、总体刚度矩阵的组装、约束和荷载的处理。（含教学方法、教学手段）授课、启发式教学，采用多媒体和板书相结合。主题或知识点3梁结构有限元分析梁结构单元的划分、单元自由度的选择、单元刚度矩阵的推导、单元刚度矩阵的坐标变换、总体刚度矩阵的组装、约束和荷载的处理、ANSYS软件有限元分析流程。引导学生树立工匠精神，培养他们在学习和工作中精益求精的态度，不断提升自己的专业技能。单元刚度矩阵的推导、单元刚度矩阵的坐标变换、总体刚度矩阵的组装。单元刚度矩阵的坐标变换、总体刚度矩阵的组装、约束和荷载的处理。（含教学方法、教学手段）授课、启发式教学，采用多媒体和板书相结合。主题或知识点4平面问题有限元分析弹性力学的基本假定、基本概念和基本方程、三角形单元、矩形单元、位移函数、形函数及其性质、单元刚度矩阵的推导、总体刚度矩阵的组装、ANSYS软件有限元分析流程。引导学生树立工匠精神，培养他们在学习和工作中精益求精的态度，不断提升自己的专业技能。弹性力学的基本假定、基本概念和基本方程、三角形单元、矩形单元、位移函数、形函数及其性质。弹性力学的基本假定、基本概念和基本方程、单元刚度矩阵的推导、总体刚度矩阵的组装、形函数及其性质。（含教学方法、教学手段）授课、启发式教学，采用多媒体和板书相结合。主题或知识点5实体结构有限元分析拉格朗日插值公式、等参数单元的基本概念、等参数单元的单元分析、等参数坐标变换、等参数变换的条件、等参数单元刚度矩阵、数值积分、实体结构的有限元分析。引导学生树立工匠精神，培养他们在学习和工作中精益求精的态度，不断提升自己的专业技能。等参数单元的单元分析、等参数坐标变换、等参数单元刚度矩阵、数值积分、实体结构的有限元分析。等参数坐标变换、等参数单元刚度矩阵、数值积分。（含教学方法、教学手段）授课、启发式教学，采用多媒体和板书相结合。主题或知识点6热传递问题有限元分析热传导微分方程、非稳态条件下的热传导、热传导单元的推导、一维热传导问题、二维热传导问题。引导学生树立工匠精神，培养他们在学习和工作中精益求精的态度，不断提升自己的专业技能。传导微分方程、热传导单元的推导、二维热传导问题。热传导单元的推导。（含教学方法、教学手段）授课、启发式教学，采用多媒体和板书相结合。六、学生成绩评定1.课程考核方式及比例本课程考核学生获取知识的能力、应用所学知识分析问题和解决问题能力、实践动手能力和创新能力等；考核方式采用出勤、作业评测、课堂表现、实验等多种形式、多个阶段的全过程考核，使学生成绩评定更加合理多样，优化课程评价体系，进一步提升本课程教学效果。学生成绩评定表考核方式平时成绩期中考试期末考试出勤作业课堂表现阶段测验答辩项目小论文实验√√√√成绩比例%510520602.课程目标考核方式评价权重课程教学目标支撑毕业要求指标点考核评价方式权重（%）过程性考核实验期末考试合计出勤及课堂表现作业及阶段测验教学目标1指标点2.2551010~4530~65教学目标3指标点5.2551010~4530~65合计101020601003.成绩评价标准平时成绩评定及考核标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）出勤及课堂表现（10%）无迟到、早退、旷课现象。积极参加课堂讨论，能够准确回答问题，并有自己独到的见解。偶尔有迟到、早退现象。较为积极参加课堂讨论，能够准确回答问题，并提出自己的见解。有迟到、早退现象。能够主动参加课堂讨论，能够回答问题。有迟到、早退现象，偶尔有旷课现象。参与课堂讨论，基本能回答相关问题。迟到、早退、旷课较多。不能有效参加课堂讨论，回答不出所有问题。作业（10%）能够独立完成作业，作业完成质量优秀，能够灵活运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论能够独立完成作业，完成质量较高，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论能够独立完成作业，完成质量符合要求，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得有效结论基本能够独立完成作业，部分题目解答存在抄袭现象，运用所学知识和理论解决问题的能力基本符合要求不能独立完成作业，存在明显抄袭现象，不具备运用所学知识和理论解决问题的能力实验（20分%）能够独立完成实验报告，内容完整，数据合理，数据处理正确，图表规范。能够正确完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行深入的讨论。能够独立完成实验报告，内容完整，数据合理，数据处理正确，图表基本规范。能够完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行讨论。能够完成实验报告，内容完整，数据基本合理，能够进行数据处理，图表基本规范。能够基本完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行讨论。基本能够完成实验报告，内容完整，数据图表齐全，基本完成实验报告中提出的问题。不能完成实验报告，存在抄袭现象，报告中提出的问题没有或基本没有回答。课程教学目标评价标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）教学目标1非常熟练掌握有限元分析的基本理论、方法、步骤和流程，很好地具备将典型焊接工程问题归结为有限元计算模型的能力，能够很好地运用有限元方法进行焊接数值模拟。熟练掌握有限元分析的基本理论、方法、步骤和流程，较好地具备将典型焊接工程问题归结为有限元计算模型的能力，能够较好地运用有限元方法进行焊接数值模拟。掌握有限元分析的基本理论、方法、步骤和流程，具备将典型焊接工程问题归结为有限元计算模型的能力，能够运用有限元方法进行焊接数值模拟。基本掌握有限元分析的基本理论、方法、步骤和流程，基本具备将典型焊接工程问题归结为有限元计算模型的能力，基本能够运用有限元方法进行焊接数值模拟。不能掌握有限元分析的基本理论、方法、步骤和流程，不具备将典型焊接工程问题归结为有限元计算模型的能力，不能运用有限元方法进行焊接数值模拟。教学目标2能够非常熟练地运用有限元分析对焊接工程设计方案进行分析、论证、评价和优化创新。能够熟练地运用有限元分析对焊接工程设计方案进行分析、论证、评价和优化。能够运用有限元分析对焊接工程设计方案进行分析、论证和评价。基本能够运用有限元分析对焊接工程设计方案进行分析、论证和评价。不能运用有限元分析对焊接工程设计方案进行分析、论证和评价。七、教材、参考书目、重要文献以及课程网络资源建议教材：（1）刘超等主编.有限元分析与ANSYS实践教程.机械工业出版社,2016（2）王新荣主编.ANSYS有限元基础教程.电子工业出版社,2019（3）夏建芳编著.有限元法原理与ANSYS应用.国防工业出版社,2011主要参考书：（1）曾攀主编.工程中的有限元方法.科学出版社,2010（2）田建辉主编.有限元分析及ANSYS18.0工程应用.机械工业出版社,2019（3）王正军主编.ANSYS1