《有限元分析与应用课程标准》

“有限元分析及工程应用”课程教学大纲英文名称：Finite element analysis and engineering application 课程编号：MACH3440学时：48 （理论学时：16 上机学时：32 课外学时：4）学分：2适用对象：机械工程及自动化专业高年级学生先修课程：高等数学、理论力学、材料力学、机械设计使用教材及参考书：[1]李人宪. 有限元法基础.北京：国防工业出版社，2004.[2]王勖成，邵敏.有限单元法基本原理和数值方法.北京：清华大学出版社，2004.[3]李兵，何正嘉，陈雪峰. Ansys Workbench设计仿真与优化.北京：清华大学出版社，2008.[4] 监凯维奇（英）.有限元方法基础理论第6版(FINITE ELEMENTMETHOD).北京：世界图书出版公司，2008.一、课程性质和目的性质：专业课目的：掌握以有限元为基础的机械结构强度、刚度等设计分析技术，将成为工程设计人员和科研人员的一项基本能力。

旨在培养学生掌握有限元分析的基本理论，具备利用Ansys软件进行机械结构优化设计、有限元数值建模和求解的能力。

二、课程内容简介本课程是研究有限元基本原理的一门科学。

主要包括：有限元方法分析原理及数力基础、杆梁结构的有限元分析原理、连续体弹性问题的有限元分析原理、有限元分析软件Ansys使用以及结构有限元分析专题与工程实践。

重在培养学生掌握有限元分析的基本理论和机械结构强度分析的基本方法。

三、教学基本要求1．要求学生熟练掌握有限元基本原理、形函数的构造、单元格式的选取及各种数值方法等基础内容。

2．通过本课程的学习，应使学生掌握有限元软件使用方法，具备实际中分析此类问题的基本能力。

四、教学内容及安排第一章：绪论1．介绍有限元法的起源、早期的主要工作和基本思想，当前有限元软件的发展水平，用有限元法分析的一些工程问题的基本思路。

教学安排及教学方式第二章：杆件结构的有限元法1．讲解有限元基础知识，包括有限元基本概念和杆直接法；2．讲解有限元基础知识，包括通过弹簧问题引入有限元构造，一维杆件系统有限单元法。

《有限元基础及应用》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程目标（一）总体目标：有限元法是求解复杂工程问题进行数值模拟非常有效的方法，是现代数字化科技的一种重要基础性原理。

将它应用于科学研究中，可以成为探究物质客观规律的先进手段；将它应用于工程技术中，可成为工程设计和分析的可靠工具。

有限元法已经成为机械工程、车辆工程、航空航天工程、土木建筑等专业的必修课或选修课，有限元商用软件也是广大工程技术人员从事产品开发、设计、分析，以及生产服务的重要工具。

通过本课程的学习使同学们掌握有限元分析方法的基础知识和原理；掌握大型有限元分析软件（ANSYS）的使用；有限元方法的实际应用：能够针对具有复杂几何形状的变形体完整获取复杂外力作用下它内部准确力学信息，在准确进行力学分析的基础上，可以对所研究对象进行强度、刚度等方面的判断，以便对研究结构进行静态、动态的强度和刚度分析、参数设计以及结构优化设计。

内容由浅入深，通俗易懂，结合实践应用分析，培养学生理论联系实际和解决实际问题的能力。

（二）课程目标：课程目标1：掌握有限元方法的基本原理，分析过程和步骤，形函数的构造方法，以及针对不同维度、不同结构准确选择合适的单元的技巧；课程目标2：掌握有限元分析方法，具有对不同工程问题建立相应力学模型再选取适合的有限元模型离散，最后得到高精度低成本的数值模拟结果；课程目标3：利用有限元原理和应用软件（ANSYS），能够针对车辆结构中具有复杂几何形状的零部件完整获取复杂外力作用下其内部的准确力学信息（位移、应力和应变），并能根据强度、刚度、稳定性及疲劳等进行分析判断结构的安全性，具有分析和解决工程实际问题的能力；课程目标4：掌握大型商用有限元软件（ANSYS）对车辆结构部件的静力学、动力学和多物理场耦合问题进行数值模拟和分析。

能够了解不同单元的适用范围以及有限元方法数值模拟的局限性。

（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求1、2、3、5。

有限元分析与应用课程大纲Syllabus for Finite Element Analysis andApplication课程介绍Course Introduction有限元方法(finite element method)：基于数学力学原理，采用计算机信息化分析手段，完整获取复杂工程问题及科学研究中的定量化结果，也被称为一种基于计算机信息化处理的“虚拟实验”。

在数学上它是求取复杂微分方程近似解的有效工具，是现代仿真技术的重要基础原理。

有限元分析的力学基础是弹性力学，方程求解的数学原理是加权残值法和泛函极值原理，实现的方法是数值化离散技术，最终的载体是有限元分析软件。

有限元方法已成为机械、航空航天、土木、力学等专业学生的必备知识。

这门课程的主要内容包括：基本变量和力学方程、数学求解原理、离散结构和连续体的有限元分析实现、各种应用领域、有限元分析的软件平台和建模技巧等。

在强调有限元理论的工程背景和物理概念的同时，通过经典的习题和典型的实例来系统阐述有限元分析的基本原理。

此外，课程基于MATLAB演示基于有限元原理的编程方法，通过ANSYS来展示应用有限元方法的具体建模过程。

The finite element method has already become part of the fundamental knowledge for people work in the field of machinery, aerospace, civil engineering, mechanics and other professional fields. The finite element method is based on elastic mechanics. Usually the Galerkin method and functional maximum principles are used to solve these equations. The most common finite element analysis software packages such as ANSYS are based on the combination of mathematics, mechanical methods, numerical discretization and advanced computer technology.The main content of this course includes: fundamental mathematics and mechanics method, basic properties of the finite element method and examples of typical applications for the finite element method.课程语言Course language中文，英文字幕。

《有限元分析》课程教学大纲课程编号：081043111课程名称：有限元分析英文名称：Finite Element Analysis课程类型：专业课课程要求：必修学时/学分：32/2 （讲课学时：24实验学时：0上机学时：8）适用专业：机械设计制造及其自动化一、课程性质与任务《有限元分析》是机械设计制造及其自动化专业的专业平台课。

它的目的和任务是通过课程学习使学生掌握有限元分析的基础理论知识及使用有限元法进行结构计算分析的基本方法。

本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本分析方法的讲解；在培养实践能力方面着重引导学生采用MATLAB及ANSYS软件解决具体的工程实际问题能力。

二、课程与其他课程的联系本课程的先修课程有高等数学、理论力学、材料力学。

与机械系统设计、机械优化设计等后续专业课程中的结构设计分析等内容相关联。

三、课程教学目标1.能将有限元的基本理论和方法用于解决实际的工程问题，建立有限元模型，并给出正确的解答，为前期的机械结构设计提供参考。

（支撑毕业能力要求2.1, 2.2）2.运用本课程的知识对实际的工程问题，根据类比等方式获得的分析结果提出机械产品的最优设计方案。

（支撑毕业能力要求3.1, 3.2, 8.2）3.采用有限元方法对复杂的工程问题进行分析，解释结果数据，进而得出科学的研究结论。

（支撑毕业能力要求4.2, 4.3, 8.2）4.可以用MATLAB及ANSYS软件对复杂的工程问题进行分析，了解各软件在分析不同问题时的优势及局限性。

（支撑毕业能力要求5.1, 5.2）五、其他教学环节无。

六、教学方法本课程以课堂教学为主，结合作业、上机等教学手段和形式完成课程教学任务。

在课堂教学中，通过讲授、提问、讨论、演示等教学方法和手段让学生理解有限元理论的基本概念，基本原理和各种分析方法，强调有限元方法的工程应用背景以及MATLAB、ANSYS软件在有限元分析中的应用。

七、考核及成绩评定方式本课程的成绩由过程考核成绩和期末笔试成绩组成，其中过程考核包括平时表现成绩、作业成绩和上机成绩三部分组成。

有限元分析的概念与应用第四版课程设计课程设计题目简介本课程设计旨在通过使用有限元分析的理论和实践，以解决工程学中强度和稳定性问题。

这门课程要求学生具备先前的数学、力学和计算机编程知识。

在课程设计中，学生将确定问题的几何特征和材料特性，然后使用有限元分析软件来解决问题并评估结果的准确性。

课程设计内容第一部分：概念和应用介绍这一部分将介绍有限元分析的基本概念和历史背景，包括有限元方法、有限元模型、数学模型、离散化和微分方程求解方法。

此外，我们还将介绍有限元分析在现代工程学和科学研究中的广泛应用，如工程结构设计、生物医学和环境问题等领域。

我们还将介绍有限元软件的种类和特点，以及如何使用它们来快速有效地解决问题。

第二部分：有限元模型这一部分将介绍有限元模型的概念和构建方法，包括几何模型和材料特性。

我们将探讨如何将问题折叠成元素网格，并将物理属性分配给每个元素。

我们还将讨论在有限元模型中使用边界条件、载荷和支撑的方法，以及如何评估有限元模型的准确性。

第三部分：求解方法这一部分将主要介绍有限元分析的求解方法，包括解决线性和非线性微分方程组的方法。

我们将探讨有限元分析的高级主题，如网格划分和自适应分析，以及如何使用数值方法来减少解的误差。

第四部分：实践应用在这一部分，学生将使用有限元方法解决实际的结构分析问题。

学生将根据一份问题陈述，确定问题的几何特征和材料参数，并利用有限元软件构建有限元模型。

学生还将使用软件认真评估模型的准确性，并分析解决方案中的重要因素。

学习目标通过学完这门课程，学生将会：•理解有限元分析的基本概念和历史背景；•具备构建有限元模型的技能，并能够分析和评估问题的准确性；•掌握有限元分析的求解方法，包括线性和非线性微分方程组的求解；•学会使用有限元分析软件解决实际的工程结构问题。

以上就是有限元分析的概念与应用第四版课程设计的详细内容，希望大家能够通过这门课程，掌握有限元分析的理论和实践，成为一名优秀的工程师。

有限元分析及应用课程设计一、课程设计目的有限元分析是一种重要的数值计算方法，在各个领域都有广泛应用。

本课程设计旨在通过实际案例，掌握有限元分析的基本理论、方法和实现，并掌握有限元分析在实际工程中的应用。

二、课程设计内容1. 理论基础（1）有限元方法的基本概念有限元方法是一种数值计算方法，将连续体划分为有限数量的元素，求解每个元素上的方程，再通过组装得到整个结构的解。

学习该概念后，可以深入理解有限元分析的基本原理。

（2）有限元离散化有限元离散化是将连续的物理问题离散化为离散的数学问题，不同的物理问题有不同的离散化方法。

在学习此概念时，需掌握如何选择适当的离散化方法。

（3）有限元方程有限元方程是用来描述离散化后物理问题的方程。

在学习此概念时，需掌握有限元离散化后的方程表达式。

2. 有限元模型建立有限元模型建立包括模型前处理、有限元模型建立和模型验证等。

学习此内容后，可以掌握有限元模型建立的基本流程和方法。

3. 有限元分析有限元分析包括模型载入、应力分析和位移分析等。

学习此内容后，可以掌握如何进行有限元分析和如何使用有限元分析软件。

4. 有限元分析结果处理有限元分析结果处理包括应力云图、变形结果图、位移云图等。

学习此内容后，可以对有限元分析结果进行处理和分析。

三、课程设计案例以杆件为例，进行有限元分析。

杆件如图所示：杆件按照以下步骤进行有限元分析：1. 算法概述建立杆件模型，生成并离散化有限元模型，求解位移和应力等结果。

2. 模型建立建立杆件模型，并进行离散化，得到如下右图所示的有限元模型：离散化3. 载入将力作用于杆件上，按照需求进行载入。

4. 分析进行应力分析和位移分析，得到结果如下：Max Von Mises Stress is 20.2 MpaMax Displacement is 5.6 mm5. 结果处理根据结果，可以较为直观地对模型进行分析，发现最大应力及位移点在工件上部，需要进行进一步加强。

有限元分析及应用介绍有限元分析，简称FEA（Finite Element Analysis），是一种数值计算方法，用于预测结构的力学行为。

它可以将结构离散为有限个小单元，在每个小单元内进行力学计算，并通过求解得到整个结构的应力和位移分布。

有限元分析常用于工程领域中，如结构分析、热传导分析、流体流动分析等。

原理有限元分析的基本原理可以概括为以下几个步骤：1.离散化：将结构或物体离散为有限个小单元。

常见的小单元形状有三角形、四边形等，在三维问题中可以使用四面体、六面体等。

2.建立数学模型：在每个小单元内，根据结构的物理特性和力学行为建立数学模型。

模型中包括了材料的弹性模量、泊松比等参数，以及加载条件、约束条件等。

3.组装和求解：将所有小单元的数学模型组装成一个整体的数学模型，然后利用求解算法进行求解。

常见的求解算法有直接法、迭代法等。

4.后处理：得到结构的应力和位移分布后，可以进行各种后处理操作，如绘制位移云图、应力云图等，以帮助工程师分析结构的强度和刚度性能。

应用有限元分析在工程领域有着广泛的应用。

下面介绍几个常见的应用案例：结构分析有限元分析可以用于结构分析，以评估结构的刚度和强度。

在设计建筑、桥梁、航空器等工程项目时，工程师可以使用有限元分析来模拟结构的力学行为，预测结构在不同加载条件下的变形和应力分布，以优化结构设计。

热传导分析有限元分析也可以用于热传导分析，在工程项目中评估热传导或热辐射过程。

例如，在电子设备的散热设计中，可以使用有限元分析来预测电子元件的温度分布，优化散热设计，确保电子元件的正常工作。

流体流动分析在流体力学研究中，有限元分析可以用于模拟流体的运动和流动行为。

例如，在船舶设计中，可以使用有限元分析来模拟船体受到波浪作用时的变形和应力分布，验证船体的可靠性和安全性。

优缺点有限元分析具有以下优点：•可以模拟复杂结构和物理现象，提供准确的结果。

•可以优化结构设计，减少设计成本和时间。

《有限元分析》课程教学大纲课程代码：0803731009课程名称：有限元分析英文名称：Finite Element Analysis总学时：32 讲课学时：12 实验学时：0 上机学时：20 课外学时：0学分：2适用对象：机械设计制造及其自动化专业（计算机辅助制造与数控加工专业方向）先修课程：工程制图、金属材料及加工、机械设计基础、工程力学。

一、课程性质、目的和任务有限元分析属于机械设计制造及其自动化专业（计算机辅助制造与数控加T专业方向）的专业任选课。

有限单元法是一种数值计算方法，在广泛的大型、复杂工程问题或领域屮，是一种分析设计和科学研究的有力工具。

例如固体力学、流体力学、地质力学、电磁学、传热学、建筑声学与噪音等问题或领域的分析研究屮，都可以利用有限元方法。

通过本课程学习使学生对有限单元法的基木原理及解决问题的基木步骤、应用要点，有一个基本认识和初步掌握，培养和提高解决T•程实际问题的基本技能，为应川有限元分析软件包解决实际工程问题奠定基础。

二、教学基本要求通过本课程的学习，学生应达到如下要求：1・了解有限元方法解决T程技术问题的基本方法；2.掌握有限元方法的基本原理、使用方法和解题步骤，并能够对轴对称零件、杆类零件、薄板弯曲等零件变形的进行具体的分析；3.了解热变形和热应力分析的方法和步骤。

三、教学内容及要求（一）绪论教学内容：介绍机械结构设计与有限元分析的关系，介绍有限元法的起源、早期的主要工作和基木思想，当前有限元软件的发展水平，川有限元法分析的一些T程问题的基木思路。

教学要求：在阐述有关基木理论的基础上，联系工程实际问题，了解有限元法研究的内容和方法，初步理解具在解决固体力学及结构分析方面的问题，而且应用于传热学、流体力学、电磁学等领域问题屮的重要地位。

（二）弹性力学的基础理论教学内容：介绍关于有限元方法的一些数学和力学基本知识，通过弹性力学变分原理建立弹性力学问题有限单元法的表达格式。

《有限元分析及应用》课程标准课程代码：汽车学分：3 建议课时数：64英文名称：适用专业：计算机辅助设计与分析先修课程：《计算机辅助设计》课程团队负责人及成员：陈良萍、刘宏强、王云、赵静、李蕾、黄艺、史俊玲、毛新1.课程定位和设计思路1.1课程定位本课程是为计算机辅助设计与分析专业本科生开设的一门专业核心课程，重点介绍有限元法的基本原理和方法、一些成熟的有限元软件功能和简单的分析步骤，同时结合工程实际，为他们进一步学习或实际应用及参加科研工作开辟道路。

其任务是通过先修课程中所学知识的综合运用和新知识的获取，使学生初步掌握现代设计中的一种重要方法，开阔视野，提高能力，以适应科学技术发展的要求。

1.2设计思路在教学中，首先通过力学中的矩阵位移法思想的对比教学，引出连续介质力学有限单元法的学习重点在于单元的插值函数如何构造。

这因为，虽说矩阵位移法是对杆系结构而言的，但其结构的离散化和组建整体刚度方程的思想完全可以借鉴到连续介质力学，它们的不同点只是在单元刚度矩阵的建立；而不同单元类型的单元刚度矩阵的建立，又取决于对应单元插值函数的构造。

这样处理，不但使学生抓住了本课程的教学重点，而且对有限单元法的整体思想有了宏观上掌握；起到主动学习而非被动接受的作用。

在单元构造的教学中，理论学习的重点在于常规单元的介绍；通过常规单元介绍插值函数的完备性与收敛性等。

接之，介绍高次单元、等参单元等教学内容。

在理论教学中，强调数学论证的严谨性和工程应用的适应性。

结合工程实例教学，拓宽学生数值分析方面的应用能力在课内对不同的单元类型进行介绍时，及时抓住不同单元在应用中的对比教学与其适用性，并结合工程实例介绍单元类型的合理选取和单元网格的合理划分等。

为学生在实际问题的数值分析中如何选定单元和剖分单元奠定了一定的基础和经验。

2.工作任务和课程目标2.1工作任务由于采用有限单元法的分析计算软件大多已商业化，而熟悉应用这些中的常规软件也应是本门课程的主要教学内容。

《有限元及其应用》课程教学大纲《有限元及其应用》是能源动力专业本科生的专业选修课程，有限元法的基本概念，基本的力学基础理论，各种结构的有限元法，线性和非线性问题的有限元法以及汽车结构有限元的分析案例，使学生系统掌握有限元法在汽车中的应用。

突出共性，同时也兼顾个性，使学生了解有限元法的原理，了解线性和非线性的有限元分析方法，充分了解和掌握有限元法在汽车结构中的应用等等。

1.能力目标：1）培养学生谦虚、好学的能力；2）培养学生勤于思考、做事认真的良好作风；3）培养学生良好的职业道德；4）培养学生的沟通能力及团队协作精神；5）培养学生分析问题、解决问题的能力；6）培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风；7）培养学生的质量意识、安全意识；8）培养学生社会责任心、环保意识；2.知识目标1）能掌握有限元法的概念和方法；2）掌握有限元法在汽车结构设计中的应用；3.方法能力目标1）掌握有限元法的概念和线性、非线性的有限元法以及有限元法在汽车结构设计中的应用；2）通过电子计算机将复杂的问题简化成为具有有限个自由度的问题，然后采用结构矩阵分析法进行求解；3）在汽车设计中，有限元法能降低计算成本，节约计算时间，提高计算速度，使计算结果更准确；4.社会能力目标1）具有良好的安全生产意识，能够自觉按规程操作；2）具有环保意识、安全意识，能够自觉保持工作场所的整洁；3）具有分析问题、解决问题的能力；4）具有良好的团队协作精神，主动适应团队工作要求；5）具有良好的职业道德和社会责任心；6）具有自学能力,独立工作能力和团结协作能力；二、课程教学的内容及学时分配1、课程理论教学内容及要求《有限元及其应用》课程主要以讲授、讨论、分析计算为主，以课堂测验、仿真分析为辅。

课堂教学将利用MOOC平台和智慧树等平台进行辅助教学，调动学习积极性，提高教学效率。

本课程目标、知识单元与学时分配见表1。

表1 课程目标、知识单元与学时分配三、课程教学方法课程教学以课堂讲授为主，结合作业、微课，MOOC课等相应的资源，配合多媒体课件等共同完成课堂授课内容。