有限元理論及應用教學大綱

1、 有限元理論及應用課程教學大綱 課程代碼：010141035課程英文名稱：Finite element theory and application課程總學時：24 講課：24適用專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)大綱編寫（修訂）時間：2010.7一、大綱使用說明(一) 課程的地位及教學目標有限元法是機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)本科（四年學制）的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。有限單元法是在當今技術(shù)科學發(fā)展和工程分析中獲得最廣泛應用的數(shù)值方法。由于它的通用性和有效性，受到工程技術(shù)界的高度重視。伴隨著計算機科學和技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)已成為計算機輔助工程和數(shù)值仿真的重要組成部分。本課程為學生講述有限元法基本原理、基

2、本方法及有限元法在各領(lǐng)域的應用。通過本課的學習，使學生掌握有限元基本理論和方法，同時通過一些工程實例的研究，培養(yǎng)學生分析和解決工程問題的能力。(二) 知識、能力及技能方面的基本要求通過本課程的學習，學生要對本課的基本內(nèi)容有系統(tǒng)的理解，掌握其基本概念、理論和方法，運用這些理論分析，解決工程實際問題，并達到如下要求：1. 掌握有限元法的基本概念、理論及發(fā)展趨勢。2. 具備建立簡單機械工程問題有限元模型的能力。3. 能夠應用有限元軟件對簡單機械結(jié)構(gòu)和零部件進行分析和評價。(三) 實施說明1. 本課程主要內(nèi)容:彈性力學基礎(chǔ)知識、平面三角形及軸對稱單元，對其它單元要有一般性了解。在教學過程中注意理論與工

3、程實際的相結(jié)合，在講清基本理論的基礎(chǔ)上突出工程實際問題應用。2. 教學方法和教學手段:積極開展多媒體教學和實際工程案例教學，充分利用幻燈、投影儀、音像、CAI等現(xiàn)代化教學手段，將該領(lǐng)域的一些科研成果作為案例，在課堂上為學生演示。以提高課堂效率和教學效果，激發(fā)學生的學習興趣。3. 對學生的要求:基于學業(yè)規(guī)范的要求（道德行為規(guī)范、作業(yè)規(guī)范、實驗規(guī)范等）,學生應遵守沈陽理工大學學生手冊（本科生）中的有關(guān)條例，上課時認真聽講，獨立完成作業(yè)，努力做到不遲到、不早退。(四) 對先修課的要求在學習本課程之前，必須先修完高等數(shù)學、線性代數(shù)、工程力學、機械原理和機械設(shè)計等課程，并達到這些課程的基本要求。(五)

4、對習題課、實踐環(huán)節(jié)的要求1. 對習題的要求:根據(jù)課程的基本概念，思想和方法應用選擇習題。習題作業(yè)要能起到鞏固理論、掌握計算方法和技巧，提高分析問題、解決問題的能力。學生必須獨立、按時完成課外作業(yè)，2. 對實踐的要求:本課程實踐性很強，所以必須設(shè)置教學實驗和工程實訓環(huán)節(jié)使學生接受工程技術(shù)訓練，才能確保本課程的教學質(zhì)量，達到本課程教學要求。要求每個學生獨立完成課程實訓上機實驗內(nèi)容，并保證機時。(六) 課程考核方式1. 考核方式：考試2. 考核目標：在考核學生對有限元基礎(chǔ)知識和基本理論的基礎(chǔ)上，重點考核學生的分析和解決問題的能力。3. 成績構(gòu)成：課程總成績由期末考試成績確定。(七) 主要參考書目有限

5、單元法，王勖編，清華大學出版社，1990 有限單元法原理與應用，朱伯芳編，水利電力出版社，2001彈性和塑性力學中的有限單元法，丁皓江編，機械工業(yè)出版社，1989彈性力學簡明教程（第3版），徐芝綸編，高等教育出版社，2002。 二、中文摘要有限元法作為一種數(shù)值計算方法已經(jīng)在工程技術(shù)的許多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應用，它可以較方便地解決工程中許多過去感到棘手甚至無法解決的問題，已成為求解固體力學問題、熱傳導問題、流體流動問題和電磁場、聲場等問題的一種有效的計算方法。根據(jù)需要，本課程主要介紹彈性有限元法的基本理論。三、課程學時分配表序號章節(jié)名稱學時講課實驗上機1緒論22002彈性力學基礎(chǔ)知識66002.

6、1基本概念，平面問題及平衡微分方程22.2幾何方程，協(xié)調(diào)方程及物理方程22.3邊界條件，圣維南原理及虛位移原理23平面問題的有限元法1212003.1三角形常應變單元23.2三角形常應變單元及形函數(shù)性質(zhì)23.3形函數(shù)性質(zhì)及剛度矩陣23.4剛度矩陣，等效節(jié)點載荷與載荷列陣23.5收斂準則，有限元分析的實施步驟23.6計算實例24軸對稱問題44004.1基本方程24.2軸對稱問題有限元方法2合計2424四、教學內(nèi)容及基本要求第1部分 緒論總學時(單位：學時):1 講課:1 實驗:0 上機:0具體內(nèi)容：1) 介紹有限單元法在機械設(shè)計、產(chǎn)品開發(fā)及科學研究中的作用和地位；2) 有限單元法的任務；3) 有

7、限單元法的發(fā)展過程、基本內(nèi)容和它在教學計劃中的地位；學習方法等等。重 點：掌握CAE 發(fā)展歷史和現(xiàn)狀。第2部分 彈性力學基礎(chǔ)知識總學時(單位：學時):8 講課:8 實驗:0 上機:0具體內(nèi)容：1) 基本概念；2) 基本方程3) 邊界條件；4) 彈性力學平面問題；5) 圣維南原理及虛位移原理。重 點：領(lǐng)會體力、面力、應力、應變和位移的基本概念，并熟悉記號等規(guī)定，掌握彈性力學的基本假定、平面問題基本方程和應力邊界條件。難 點：應力邊界條件。習 題: 平面問題基本方程和應力邊界條件。 第3部分 平面問題的有限元法總學時(單位：學時):12 講課:12 實驗:0 上機:0具體內(nèi)容： 1) 三角形常應變單元；2) 形函數(shù)的性質(zhì)、剛度矩陣；3) 等效結(jié)點力和載荷列陣；4) 收斂準則、有限元分析的實施步驟、計算實例重 點：平面三角形單元的基本理論。難 點：單剛計算、總剛組集方法、單元載荷的移置、結(jié)點位移、單元應力的計算習 題: 單元的位移函數(shù)計算、單剛計算、總剛組集方法、單元載荷的移置、結(jié)點位移、單元應力的計算。第4部分 軸對稱問題總