有限元方法教学大纲

有限元方法A实验教学大纲01.教学单位名称：机械科学与工程学院02.实验中心名称：机械基础实验教学中心03.课程名称：有限元方法A04.课程代码：41212305.课程类别：学科基础课06.课程性质：必修07.课程学时：60学时，其中含上机14学时。

08.课程学分:3.509.面向专业：工程力学10 .实验课程的教学任务、要求和教学目的教学任务和目的有限单元法是在当今技术科学发展和工程分析中获得最广泛应用的数值方法。

由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视。

伴随着计算机科学和技术的快速发展，现已成为计算机辅助工程和数值仿真的重要组成部分。

本课程为学生讲述有限元法基本原理、基本方法及有限元基本程序实现，有限元法在各领域的应用。

上机实验是让学生了解有限元方法在计算机上的实现过程及一些编程技巧，要求学生掌握用有限元方法解决实际问题的建模分析和实现过程，达到能用有限元法解决各种场问题的能力。

教学要求了解有限元方法在计算机上的实现过程及一些编程技巧，掌握用有限元方法解决实际问题的建模分析和实现过程，能用有限元法解决各种场问题的能力。

11 .学生应掌握的实验技术及实验能力(1)熟练掌握F0RTRAN90软件功能；(2)掌握FORTRAN语句，了解程序模块化设计及主程序与子程序的数据传输方式；(3)能应用平面应力四节点板单元有限元程序计算一个算例；(4)能够将不同单元的有限元程序相互转变。

12 .开设实验项目[1]王勖成，《有限单元法》，清华大学出版，2003.0714.考核要求、考核方式及成绩评定标准本课程的总学时为60学时，其中上机为14学时，占总学时的23%。

要求学生实验前按教师指导，掌握必要计算机语言知识，指导教师应概述每次上机任务和目的，并作针对性指导，由学生独立完成。

上机成绩占本课程总成绩10%。

根据学生上机完成的质量确定，对缺上机成绩者，本课程不予通过。

《有限元方法》实训教学大纲课程英文名称：Finite Element Analysis课程编号：008A3660 学时：12+12（学时）学分：1.5 一、课程教学对象《有限元方法》课程在培养机械类、机电类、近机类工程技术人才的全局中，具有增强学生现代设计理论与分析方法的应用基础，提高学生对机械技术工作的适应性。

本课程教学对象为五邑大学机电工程系机械工程及其自动化专业本科学生。

二、课程性质、目的和任务有限元方法是一种现代设计方法。

有限元方法应用于机械设计中，可以提高产品质量、降低产品成本，是一种具有重要经济意义和巨大潜力的先进技术。

该课程为机械工程及其自动化专业本科学生的任选课。

本课程一般为机械类或相关专业的高年级学生的选修课，其目的是培养学生学会在机械设计中应用有限元新技术，掌握有限元方法的基本概念和基本理论，掌握有限元分析的基本处理方法，熟悉常用有限元分析软件在实际工程中的应用。

三、对先修课的要求学生在学习本课之前，应先修课程：高等数学、线性代数、计算机文化基础、工程力学。

四、课程的主要内容、基本要求和学时分配建议（总学时数:24）有限元方法课程共计24学时，其中课堂理论12学时，课内上机实训12学时。

实训一、活塞头的分析模型(1学时)这是一个利用MSC.PATRAN 的基本工具和功能的练习。

活塞的原始设计将被导入，通过分析来检验设计是否能承受预期的载荷。

实训二、悬臂板的分析模型(1学时)本练习是对一个在自由端施加集中载荷的悬臂板的变形的数值模拟。

此练习涉及到的内容有：面的创建；对于四边形板单元的网格划分；创建载荷和约束；确定铝的材料属性以及壳单元的属性；运行线性静态数值模拟；查看结果。

实训三、用线建立框架模型(4学时)本练习创建的框架结构的梁单元模型，用于支撑发动机。

首先是建立代表框架和橡胶框架支撑的几何曲线。

然后，用两节点梁单元对曲线进行网格划分。

模型由三部分组成。

第一部分是施加在框架上的，由发动机重量引起的固定载荷；第二部分是运行载荷的最大幅值；第三部分是框架的自身重力。

《有限元法基础》教学大纲一、课程的性质和任务课程中文名称：有限元法基础课程英文名称：A First Course in the Finite Element Method课程代码：0701022课程类别：必修课程学分：2.5课程学时：46授课对象：工程力学（本科）前导课程：材料力学、结构力学、弹性力学、高等数学、线性代数二、教学目的随着计算机技术和计算方法的发展, 复杂的工程问题可采用离散化的数值计算方法并借助计算机得到满足一定精度要求的数值结果。

而在工程领域中应用最广泛的数值模拟方法是有限元法, 它不但可以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, 其计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据, 广泛应用于航空航天、机械制造、建筑设计、石油化工等领域。

许多通用有限元分析程序将有限元分析、计算机图形学和优化设计相结合形成了完整的计算机辅助分析系统, 这样可以显著的提高产品设计性能、缩短设计周期, 尤其是在高性能、大负荷、轻结构的机电行业发展趋势中表现的更加突出。

掌握一定的有限元分析能力, 将成为工程科研人员的一项基本能力。

有限元方法(Finite Element Method, FEM)是计算机问世以后迅速发展起来的一种分析方法。

每一种自然现象的背后都有相应的物理规律，对现象的描述可以借助相关的定理或定律表现为各种代数的、微分的、或积分的方程，这些方程通常称为控制方程(Governing equation)。

推导这些方程并不十分困难，对于很多的实际工程问题的确很难从这些方程中获得解析的数学解。

人们多采用数值方法给出近似的满足工程精度要求的解答，有限元方法就是一种应用十分广泛的数值分析方法，也是工程科学的重要工具，其重要性仅次于数学。

随着计算机技术和计算方法的发展, 复杂的工程问题可采用有限单元数值计算方法并借助计算机得到满足一定精度要求的数值结果。

有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。

有限元方法实训教学大纲一、课程名称：有限元方法实训二、课程目标：1.掌握有限元方法的基本原理和基本步骤；2.理解有限元方法在工程领域的应用；3.能够运用有限元软件进行模型建立和分析。

三、教学内容：1.有限元方法基本原理1.1有限元分析的概念和目标1.2有限元离散化的基本原则1.3有限元基函数的选取2.有限元软件介绍2.1常见有限元软件的比较和选择2.2有限元软件的界面和功能介绍2.3有限元软件的安装和配置3.有限元模型建立3.2材料和截面的定义与分配4.有限元分析4.1负荷和边界条件的定义和施加4.2权重系数的确定和控制4.3解算控制参数的设置和调整5.结果后处理与分析5.1分析结果的输出和查看5.2后处理功能的应用和分析5.3结果图表的绘制和导出四、教学方法：1. 理论授课：通过ppt讲解有限元方法的基本原理和步骤；2.案例分析：通过实际工程案例，分析有限元方法的应用；3.实际操作：引导学生使用有限元软件进行模型建立和分析；4.讨论与互动：鼓励学生提问和讨论，加深对有限元方法的理解。

五、考核方式：1.实训过程中，根据学生的实际操作情况进行评分；2.课程结束后，考核学生对有限元方法基本原理的理解程度；3.要求学生完成一个实际工程案例的模型建立和分析报告。

六、教材与参考资料：1.教材：《有限元分析基础》《有限元方法原理与应用》2.参考资料：《工程有限元分析基础》《有限元分析及其应用》《有限元方法及其应用》七、教学设施和实验设备：1.计算机实验室：配备有限元软件和相应的计算机设备；2.多媒体教室：用于理论授课和案例分析。

八、教学进度安排：1.第一周：有限元方法基本原理（2学时）2.第二周：有限元软件介绍（2学时）3.第三周：有限元模型建立（2学时）4.第四周：有限元分析（2学时）5.第五周：结果后处理与分析（2学时）6.第六周：案例分析与实操（4学时）7.第七周：复习及考核（2学时）以上是有限元方法实训教学大纲，共计1200字。

《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。

有限元法B实验教学大纲01．教学单位名称：材料加工工程实验室02．实验中心名称：金属材料加工实验教学中心03．课程名称：有限元法B04．课程编码：43250505．课程类别：学科基础课程06．课程性质：选修07．课程学时：24学时，其中含实验4学时08．课程学分：1.509．面向专业：材料成型及控制工程10．实验课程的教学任务和教学要求教学任务：本课程为材料成型及控制工程专业学科基础选修课。

其主要任务是让学生掌握有限元的基本思想、数学原理和数值处理技术，具备有限元分析的基本技能。

教学要求：通过多媒体教学并辅以黑板教学和上机实践相结合的方式，使掌握有限元的基本知识、求解结构力学问题的基本方法以及使用有限元软件求解结构力学的基本过程。

教学目的：培养学生数值思维方法与研究思路，理解有限元法的基本思想、数学原理和数值处理技术；具备有限元法解决工程问题的能力；掌握大型通用有限元商业软件求解结构力学问题的实际技能；为后续课程学习、解决专业领域内的复杂工程问题奠定基础。

11．学生应掌握的实验技术及基本技能（1）以ANSYS软件为例，了解有限元软件求解结构力学问题的总体思路，掌握结构弹性力学问题的求解流程（2）了解ANSYS软件进行热分析的总体思路，掌握温度场问题的求解流程。

（3）以小组方式完成平面和轴对称弹性力学问题的有限元数值分析，进一步掌握有限元求解结构力学问题一般步骤及关键技术问题处理。

12．开出实验项目开设实验项目共两个：（1）平面弹性力学问题有限元静力分析。

实验内容：制定分析方案，定义参数（单位、单元类型、单元常数、材料参数），创建几何模型，划分网格，加载数据（位移、载荷），求解，结果分析（2）轴对称弹性力学问题有限元静力分析。

实验内容：制定分析方案，定义参数，三维实体造型，划分网格，加载数据，求解，结果分析。

开设实验项目一览表13．实验教材或指导书或主要参考资料寇淑清，自编有限元实验指导书，2020.14．考核要求、考核方式及成绩评定标准考核要求：要求学生实验前应预习实验指导书，由指导教师讲解实验方法、内容、及计算机操作规程等；具体实验步骤、现场操作、数据处理及实验报告由学生独立完成。

有限元分析与数值模拟教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：有限元分析与数值模拟课程英文译名：finite element analysis and numerical simulation课程编码：课程类型：专业方向课，选修总学时：32理论学时：16 实验学时：0 上机学时：16学分数：2适用专业：机械类各专业先修课程：《理论力学》、《材料力学》、《结构力学》、《弹性力学》开课院系：机械工程学院力学教研室二、课程的性质和任务有限元分析与数值模拟是一门理论性和应用性均较强的主干学科课程。

它的主要任务是让学生在材料力学和弹性力学等课程的基础上进一步学习并基本掌握工程结构的内力分析和位移分析的有限元分析方法，培养其运用计算机软件解决工程实际问题的能力，为后继课程学习及毕业后从事有关的工程技术工作打好必要的基础。

三、课程教学基本要求学生按大纲学完有限元与程序设计后，应对课程基本内容有系统的理解，掌握其中基本概念、基本理论和基本方法。

具体达到下列要求：1．有限元法的理论基础：理解弹性力学的基本方程；理解变形体系虚位移原理与最小总势能原理。

2．有限元法的基本概念：理解有限元位移法的基本思想；理解有限元位移法的分析过程。

3．杆系结构的单元分析：掌握用最小总势能原理或虚位移原理建立单元刚度方程的一般形式；理解单元刚度矩阵和单元等效结点荷载矩阵的积分形式；掌握拉压杆单元、扭转杆单元和纯弯曲单元等简单单元的单元分析；理解平面刚架单元和空间刚架单元等复杂单元的单元分析。

4．杆系结构的整体分析：理解坐标变换的概念及其方法；掌握集成整体原始刚度方程的直接刚度法；掌握边界条件的处理方法；理解单元内力与应力的计算方法。

5．平面问题有限元分析：理解平面应力问题与平面应变问题的概念；掌握常应变三角形单元的单元分析；掌握矩形双线性单元的单元分析；掌握四结点任意四边形等参数单元的单元分析；理解八结点任意曲边四边形等参数单元的单元分析。

有限元分析方法教学大纲一、课程基本情况有限单元法是在当今技术科学发展和工程分析中获得最广泛应用的数值方法。

由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视。

伴随着计算机科学和技术的快速发展，现已成为计算机辅助工程和数值仿真的重要组成部分。

本课程为学生讲述有限元法基本原理、基本方法，以及有限元法在各领域的应用。

本课程的目的在于培养学生具有以下能力：掌握有限元法基本原理、基本方法，可以完成基本的有限元问题的求解，了解有限元法在各领域的应用。

三、课程的基本内容、重点难点及教学要求第1章绪论（6学时）基本内容：有限元法概述；有限元法的工程应用；有限元程序简介；弹性力学基本知识；变分原理及能量变分原理。

重点：有限元程序的构成分工；弹性力学基本知识，泛函与变分的概念，能量变分原理——虚功原理。

难点：泛函与变分的概念，能量变分原理——虚功原理。

教学要求：掌握有限元程序的构成分工；清楚弹性力学基本知识，泛函与变分的概念，了解能量变分原理——虚功原理。

第2章杆系结构单元（4学时）基本内容：一维杆单元；平面和空间杆单元；与坐标轴平行的平面梁单元。

重点：一维杆单元、平面空间杆单元及三维梁单元的单元特性；单元刚度矩阵的特性。

难点：单元刚度矩阵的特性。

教学要求：熟练掌握一维杆单元、平面空间杆单元及三维梁单元的单元特性；清楚单元刚度矩阵的特性。

第3章平面线弹性问题的有限元分析（8学时）基本内容：平面线弹性问题的基本方程；平面三角形常应变单元；总体刚度矩阵的物理意义及特点；位移边界条件的处理及总体平衡方程求解；有限元解的收敛条件；矩形单元。

重点：平面应力问题和平面应变的基本方程特性；平面三角形常应变单元的形函数、几何矩阵及刚度矩阵的特性；总体平衡方程的建立、物理意义及特点；位移边界条件的处理，总体平衡方程的求解。

难点：总体平衡方程的建立、物理意义及特点；位移边界条件的处理，总体平衡方程的求解。

教学要求：掌握平面应力问题和平面应变的基本方程特性；平面三角形常应变单元的形函数、几何矩阵及刚度矩阵的特性；清楚总体平衡方程的建立、物理意义及特点；掌握位移边界条件的处理，总体平衡方程的求解。