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1、机械结构有限元分析教学大纲机械结构有限元分析教学大纲 课程编号：S4080280 课程名称：机械结构有限元分析 课程英文名称：FINITE ELEMENT METHOD OF MECHANICAL STRUCTURE 总学时：30 讲课学时：26 实验学时：4 学 分：2 开课单位：机电工程学院机械制造及自动化系 授课对象：机电工程学院机械设计制造及其自动化专业 先修课程：材料力学 开课时间：第七学期 教材与主要参考书： “有限元素法及其应用”讲义（自编） 王新荣主编.有限元素法.中国台北出版社 1997 年 王守信主编.有限元法教程.哈工大出版社 1994 年 一、课程的教学目的一、课程的教
2、学目的 随着科学技术的发展，产品的结构和功能日趋复杂化和多样化，对 产品机械结构的布局和力学性能提出了更高的要求， 不仅要求产品的机械 结构满足力学性能， 还要在设计时使它的结构尺寸和质量趋于合理， 而常 规的力学计算已无法满足。 有限元法经过三十多年的发展， 已达到相当成 熟的境地， 在工程实践中的作用从分析与校核扩展到优化设计并和计算机 辅助设计、 计算机辅助生产等技术相结合， 是有效地求解各种工程实际问 题的最好方法之一。 本课程是为机械设计制造及其自动化专业本科生开设的一门专业选 修课， 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
3、， 为他们进一步学习或实际应用及 1 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。具体的教学目的如下： 1、了解有限元方法的应用范围和目前的发展状况； 2、掌握有限元分析的基本原理和方法； 3、初步掌握一些成熟的有限元软件功能和简单的分析步骤，结合上 机和实验， 使学生能够利用现有软件对实际结构进行有限元分析， 为进一 步学习或实际应用及参加科研工作打下基础。 机械结构有限元分析是现代机械设计模块的限选课，在教学过程中 充分利用了多媒体教学手段， 同时结合各种实践教学环
4、节， 进行有限元分 析的基本训练。 “机械结构有限元分析”课在教学计划中占有重要的地 位和作用。 二、教学内容及基本要求二、教学内容及基本要求 （一）本课程的主要章节（一）本课程的主要章节 第一章 概论（讲课 2 学时） 有限元法的基本概念、思路和发展过程，有限元法的应用领域，单 元特性矩阵的导出方法以及常用单元的类型。 第二章 弹性力学的基本方程式（讲课 2 学时） 变形体的描述与变量定义、弹性体的基本假设和研究的基本技巧； 应力及其分量、 力的平衡微分方程、 位移和应变以及位移和应变的关系 （几 何方程和物理方程） 、虚功方程。 第三章 杆、梁单元的有限元法（讲课 4 学时） 建立计算模型
5、、局部坐标系中杆单元的刚度矩阵、坐标变换、统一 坐标系中杆单元的刚度矩阵、 杆单元的应用举例和总刚阵的组集方法、 平 面梁单元的刚度矩阵和应用举例。 第四章 平面问题的有限元法（讲课 4 学时） 2 平面矩形板单元的刚度矩阵和应用举例、形状函数、平面高次板单 元的刚度矩阵、 平面等参数单元的刚度矩阵、 结构总刚阵的特点和组集方 法、边界条件处理、载荷移置。 第五章 薄板弯曲问题及板、梁组合问题的有限元法（讲课 2 学时） 角形薄板单元的有限元法、板和梁单元的组合问题、坐标变换。 第六章 轴对称问题的有限元法（讲课 2 学时） 弹性力学轴对称问题的基本方程式、三角形截面形状单元的刚度矩 阵、轴对
6、称问题的载荷移置、轴对称问题的有限元解法。 第七章 三维实体单元的有限元法（讲课 2 学时） 四面体单元的刚度矩阵、六面体单元的刚度矩阵以及三维等参数单 元。 第八章 结构动力学的有限元方法（讲课 4 学时） 结构系统的动力学方程、单元质量矩阵、单元阻尼矩阵、求解自由 振动问题简例。 第九章 有限元软件（讲课 4 学时） 介绍 ANSYS 有限元软件的使用，包括建模、边界条件处理等。 （二）其它教学环节安排（二）其它教学环节安排 1、必做实验安排 4 学时。 实验内容有： 固有频率测试实验（1 学时） ； 静态变形测试实验（1 学时） ； 上机实验（2 学时） ； （三）考试权重（三）考试权重 平时成绩占 20 （听课、 作业） ， 实验成绩占 10， 期末考试成绩占 70 。 3 （四）实验项目明细表（四）实验项目明细表 序 号 实验项目名称学时 实验 要求 实验 类型 每组 人数 1固有频率测试实验1 必修验证4 2数控铣自动编程实验1必修验证4 3上机实验2必修综合4
