《有限元理论与应用》教学大纲

《有限元理论与应用》教学大纲适用范围：2022级人才培养方案课程代码：01150281课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（其中：理论16学时，上机16学时）先修课程：计算机基础知识、材料力学、理论力学等后续课程：机电系统仿真技术等适用专业：机械电子工程开课单位：机械工程学院一、课程说明《有限元理论与应用》是机械类专业选修的一门专业技术基础课。本课程使用ANSYS19.2作为有限元分析软件，介绍有限元分析的方法与应用技巧，结合工程中的典型实例，建造出结构的有限元模型，通过对有限元结果的分析，从而为结构设计提供理论依据。通过本课程的学习，能够进一步提高学生的工程应用水平，使其获得运用ANSYS解决工程结构问题的能力，为将来从事工程设计打下基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：了解有限元理论的基本原理，学会有限元软件的安装与基本操作，掌握杆系结构、梁系结构、平面问题、实体结构的有限元分析步骤。课程目标2：能够对工程中典型实例进行有限元建模，选择合适的单元（杆单元、梁单元、实体单元等）进行有限元分析。课程目标3：熟悉有限元分析的基本方法与应用技巧，能够通过对有限元结果的分析，从而为结构强度校核、轻量化设计等提供理论依据。三、课程目标与毕业要求《有限元理论与应用》课程教学目标对机械电子工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和机械电子类等专业知识用于分析解决机电工程领域的复杂工程问题。1.2能够将数理和工程科学技术基础知识用于对机械电子相关复杂工程问题建立数学模型并进行求解；课程目标1：了解有限元理论的基本原理，学会有限元软件的安装与基本操作，掌握杆系结构、梁系结构、平面问题、实体结构的有限元分析步骤。H5.使用现代工具：能够针对机电工程领域复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。5.2能够选择和使用恰当的仪器、信息资源，工程工具和专业模拟软件等，用于机电工程领域复杂工程问题的分析、计算与设计；课程目标2：能够对工程中典型实例进行有限元建模，选择合适的单元（杆单元、梁单元、实体单元等）进行有限元分析。课程目标3：熟悉有限元分析的基本方法与应用技巧，能够通过对有限元结果的分析，从而为结构强度校核、轻量化设计等提供理论依据。H注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分见表2表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时上机学时对应的课程目标1.有限元方法与ANSYS概述1.1有限元方法1.2ANSYS概述教学要求：理解有限元的基本概念；了解有限元的作用和内容；掌握ANSYS的安装与基本操作。重点：有限元方法基本概念。难点：ANSYS的安装与基本操作。221、2、32.ANSYS分析基本过程2.1杆系结构实例2.2杆系结构实例的ANSYS分析2.3杆系结构实例的ANSYS具体分析步骤教学要求：掌握杆系结构单元类型；掌握杆系结构单元划分方法；掌握杆系结构载荷施加方法；掌握杆系结构求解方法；掌握杆系结构后处理方法。重点：杆系结构ANSYS具体操作步骤。难点：杆系结构ANSYS具体操作步骤。441、2、33.ANSYS分析基本过程3.1梁系结构实例3.2梁系结构实例的ANSYS分析3.3梁系结构实例的ANSYS具体分析步骤教学要求：掌握梁系结构单元类型；掌握梁系结构单元划分方法；掌握梁系结构载荷施加方法；掌握梁系结构求解方法；掌握梁系结构后处理方法。重点：梁系结构ANSYS具体操作步骤。难点：梁系结构ANSYS具体操作步骤。441、2、34.平面问题和壳体的有限元分析4.1平面应力与平面应变问题概念4.2平面问题ANSYS分析具体步骤4.3壳体结构ANSYS分析具体步骤教学要求：掌握平面问题具体分析方法和步骤；掌握壳体结构单元类型；掌握壳体结构单元划分方法；掌握壳体结构载荷施加方法；掌握壳体结构求解方法；掌握壳体结构后处理方法。重点：平面问题概念和ANSYS具体操作步骤。难点：壳体结构ANSYS具体步骤。441、2、35.实体结构有限元分析5.1实体结构实例5.2实体结构ANSYS分析具体步骤教学要求：掌握实体结构单元类型；掌握实体结构单元划分方法；掌握实体结构载荷施加方法；掌握实体结构求解方法；掌握实体结构后处理方法。重点：实体结构ANSYS具体步骤。难点：实体结构ANSYS具体步骤。221、2、3合计16162.上机部分见表3表3实验项目、实验内容与学时上机项目实验内容和要求上机学时对应的课程目标1.软件安装与基本操作上机内容：ANSYS19.2软件安装上机要求：完成软件的安装212.杆系结构求解步骤上机内容：杆系结构求解步骤上机要求：熟悉杆系结构单元223.梁系结构求解步骤上机内容：梁系结构求解步骤上机要求：熟悉梁系结构单元224.平面问题求解步骤上机内容：平面问题求解步骤上机要求：熟悉平面应力问题225.平面问题求解步骤上机内容：平面问题求解步骤上机要求：熟悉平面应变问题226.壳体结构求解步骤上机内容：壳体结构求解步骤上机要求：熟悉壳体结构单元227.实体结构求解步骤上机内容：实体结构求解步骤上机要求：熟悉实体结构单元238.实体结构求解步骤上机内容：实体结构求解步骤上机要求：熟悉实体结构单元23合计16五、教学方法及手段课程教学以课堂讲授为主，结合作业、慕课资源，配合多媒体课件等共同课完成堂授课内容。采用E-mail、QQ、微信等交流工具，加强和学生之间的交流和沟通。六、课程资源库尚晓江，ANSYSworkbench结构分析理论详解与高级应用，中国水利水电出版社，2020黄志刚，ANSYS19.0有限元分析完全自学手册，人民邮电出版社，20193.刘超，有限元分析与ANSYS实践教程，机械工业出版社，2016

4.王新敏，ANSYS结构分析单元与应用，人民交通出版社，20115.陈精一，电脑辅助工程分析ANSYS使用指南，中国铁道出版社，20016.力学与实践，中国力学学会7.工程力学，清华大学8．固体力学学报，中国力学学会9.计算力学学报，中国力学学会10.InternationalJournalofNumericalMethodsinEngineering,UK,ISSN:1097-020711.中国仿真技术论坛：/12.ANSYS中文社区：/七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩为由全过程性考核，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据参与课堂讨论及回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442小论文20（1）主要考核学生论文内容及形式、排版等，满分100分；（2）以小论文成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√20上机40（1）根据每次上机的操作完成情况单独评分，满分100分；（2）每次上机单独评分，取各次上机成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以上机成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√25105大作业30（1）大作业成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核杆、梁、实体等单元选择、理解情况，建模、计算、后处理等实际操作，能得出合理的应力、应变等云图，能绘制出合理的曲线。（3）题型为：简答题和分析计算题等。√√√101010合计：100分592417八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、上机、作业、期末大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩为全过程性考核成绩考核。其中：期末大作业成绩为100分（权重60%），试题类型为简答题、分析题等类型，作业中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；课堂表现、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现10笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。笔记不完整，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，上课不记笔记，偶尔参与教学活动。上课不认真，上课不记笔记，不参与教学活动。小论文20思路清晰，图、文、表并茂，逻辑清楚。思路清晰，具有图、文、表，逻辑较清楚。具有一定思路清晰，图、文、表具有规范，逻辑较清楚。思路不清晰，文字较多，不含表格、图等，逻辑不清楚