《有限元分析及应用》教学大纲

课程编号：MA214033

课程名称：有限元分析及应用                                   英文名称：Finite Element Analysis and Application

学分/学时：2 / 32                                                         课程性质：选修

适用专业：材料科学与工程, 纳米材料与技术         建议开设学期：7

先修课程：高等数学、大学物理、数理方程等      开课单位：先进材料与纳米科技学院

一、课程的教学目标与任务

本课程紧密围绕数学力学基础、计算机软件、工程应用等几个方面开展教学工作，使学生从较高层次(数学和力学原理)上理解有限元方法的思想实质，掌握有限元分析的工具，并具备初步处理工程问题的能力；为学生提供一个自主建模分析的优良环境，培养学生的综合素质和创新能力。同时结合工程实际，精选和设计了若干个具有代表性的工程实例在先进的软件平台(如ANSYS)上，进行几何建模、单元划分、约束处理、外载处理、参数设定、计算设定以及结果分析等环节的实践教学，并培养学生综合利用所学知识、系统分析以及解决实际问题的能力。

二、课程具体内容及基本要求

（一）有限元分析的基本原理 （ 8+12学时 ）

具体内容有：

1)    引论

2)    弹性力学基础

3)    有限元分析的数学基础

4)    杆梁结构的有限元分析原理

5)    连续体弹性问题的有限元分析原理

6)    有限元分析中若干问题考虑

7)    有限元分析的应用领域讨论

8)    有限元分析专题及工程实例演示

1. 基本要求

（1）了解有限元法方法的发展历史与技术内涵；

（2）掌握基本的数学和力学原理；

（3）掌握有限元法解决实际工程问题的一般步骤；

2. 重点、难点

重点：有限元方法的技术内涵和利用有限元法解决实际工程问题的一般步骤。

难点：有限元法的数学和力学原理。

3. 作业及课外学习要求：

调研目前有限元技术的发展现状和常用的有限元软件。

（二）FEA软件、力学建模及实际应用 （ 6 +16学时 ）

具体内容有：

1）  现代有限元分析系统介绍

2）  带孔平板的有限元建模与受力分析

3）  受内外压筒体的有限元建模与应力变形分析

4）  斜拉桥的有限元建模与振动模态分析

5）  封头的等温塑性成形过程的有限元分析

1. 基本要求

（1）熟悉常见的有限元分析系统FEA的使用方法；

（2）能够利用有限元分析系统FEA针对具体工程问题建立模型、设置计算求解条件、对求解问题进行后处理等；

（3）利用有限元分析系统FEA解决比较复杂的实际工程问题。

2. 重点、难点

重点：有限元分析系统的熟练使用和利用有限元分析系统解决实际工程问题。

难点：利用有限元分析系统解决实际工程问题的方法和步骤。

3. 作业及课外学习要求：

利用有限元分析系统FEA针对具体的实际工程问题建立模型、设置计算求解条件、对求解问题进行后处理，并对结果进行分析。

（三）工程分析的精度与效率的综合考虑和优化 （ 2+4学时 ）

主要内容：

1）  工程分析的简化和优化；

2）  工程分析的精度与效率的折衷考虑；

3）  工程分析的精度与效率的优化和实现。

1. 基本要求

（1）了解工程分析的简化和优化的基本思想和方法；

（2） 理解工程分析中对精度与效率进行折衷考虑的必要性；

2. 重点、难点

重点：工程分析中对精度与效率综合考虑的重要性与可行方法。

难点：工程分析中简化和优化的可行方法。

3. 作业及课外学习要求：

对工程实际问题进行简化和优化练习，并进行对比分析。

三、教学安排及方式

总学时 32 学时，其中：讲授16 学时，实验 0 学时，上机 0 学时，实践 32 学时，线上 0 学时。

注：教学方式包括面授和线上，其中面授包括： 讲授、实验、上机、实践。

四、考核及成绩评定方式

最终成绩由平时作业成绩、期末成绩和小论文成绩等组合而成。各部分所占比例如下：

平时作业、随堂提问以及考勤成绩（C1+C2）：10%+10%。主要考核课堂纪律、平时作业完成状况以及对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。

计算机仿真和论文报告成绩（C3）：40%。主要考核学生计算机运用能力、获取整理信息的能力以及理论联系实际的能力，学生可根据自己的专业方向及研究兴趣自拟题目或根据任课教师提出的题目，通过自学使用有限元分析系统FEA软件，如ANSYS等，对相关课题进行计算机仿真和分析，给出一定形式的仿真结果及说明。

期末综合测试成绩（C3）：40%。主要考核学生对专业知识的理解和掌握情况，以及发现、分析和解决问题的能力，以及语言和文字表达能力。条件具备时，学生可根据任课教师提出的题目撰写课程学习小论文，并在一定形式下进行宣讲、答辩，最后评定课程论文成绩。

过程成绩提交时间和总评成绩计算说明表

注：上表用于说明授课过程中分项成绩提交时间，教师应在规定的时间内提交对应成绩，提前或逾期无法提交，一旦提交无法修改。大纲可以根据需要自行定义提交成绩的次数、时间和名称或说明，总评成绩计算必须与考核和成绩评定方式中描述的一致。

五、教材及参考书目

教材：《有限元分析及应用》，胡于进，王璋奇编著，清华大学出版社出版，2009。

参考书目：

1.   《有限元方法:基本原理》, 凯维奇、泰勒著，曾攀等译，清华大学出版社， 2008；

2.   《有限元分析及应用》，曾攀编著，清华大学出版社， 2004。

六、说明

（一）与相关课程的分工衔接

本课程是一门介绍有限元方法和FEA系统的基本原理和应用的重要专业课程，以数学物理方程、材料力学等课程为基础，是后续课程设计、毕业设计等专业方向研究时的一门重要的工具。

（二）其他说明

                                                                                                                                 （执笔人：施建章     审核人：学院教学委员会）

                                                        2019 年 08 月 16 日