有限元法专题实践课程教学大纲 课程名称：有限元法专题实践 英文名称：The Case Study of Finite Element Method 课程编号：64103324 学时数：32 学分数：2 适用专业：机械设计制造及其自动化 授课形式：双语教学 教材：《ANSYS机械工程应用精华30例》（高耀东、刘学杰主编，电子工业出版社，2010年第二 版 一、课程的性质、目的和任务 本课程是一门介绍有限元法在机械工程中应用的专业基础课。教学目的是，通过本课程的教学 使学生初步了解案例研究是学习国际工程软件的有效方法，为学生能够使用英文学习ANSYSI这类软 件和使用ANSYS这类软件处理实际工程问题和进行创新奠定一个基础。其主要任务是： 1.巩固学生所学习有限元法理论知识的基础。 2.采用英语学习国际通用有限元软件ANSYS的使用方法，了解有限元分析的前后处理、求解 过程的步骤、方法、特点和理论。 3.掌握采用ANSYS:进行机械结构静态分析、动态分析的方法和步骤 4.培养学生的工程意识和创新能力，提高学生运用ANSYS软件进行实际工程问题分析和依据 所得到数据进行设计改进的能力。 5.帮助学生掌握本学科的专业英语术语以及本专业的最新国际发展动态，开阔学生视野，培养 学生探索新知识的兴趣，增强学生进行学术和专业工作的国际交流能力。 二、课程教学内容的基本要求、重点和难点 通过对本课程的学习，学生应该能够： 1.结合有限元法的理论基础，运用有限元软件解决实际问题。 2.掌握有限元软件ANSYS的使用方法，重点掌握使用有限元软件ANSYS对机械结构进行静态分 析和动态分析的方法、步骤以及技巧，能够初步用有限元软件ANSYS解决简单的实际问题。 3.了解有限元软件ANSYS7在机械工程中的应用，了解有限元软件ANSYS在其他应用领域的应 4.能初步阅读ANSYS help,并在使用ANSYS时熟练利用ANSYS help system。 5.能够独立地运用ANSYS4软件进行案例分析和设计改进，并且撰写案例研究报告。 本课程的内容为： 第一章ANSYS简介 1.1 ANSYS简介 1.2 ANSYS的使用方法 第二章ANSYS的建模 2.1关键点的创建
有限元法专题实践课程教学大纲 课程名称：有限元法专题实践 英文名称：The Case Study of Finite Element Method 课程编号：64103324 学 时 数：32 学 分 数：2 适用专业：机械设计制造及其自动化 授课形式：双语教学 教材：《ANSYS机械工程应用精华30例》（高耀东、刘学杰主编，电子工业出版社，2010年第二 版） 一、课程的性质、目的和任务 本课程是一门介绍有限元法在机械工程中应用的专业基础课。教学目的是，通过本课程的教学 使学生初步了解案例研究是学习国际工程软件的有效方法，为学生能够使用英文学习ANSYS这类软 件和使用ANSYS这类软件处理实际工程问题和进行创新奠定一个基础。其主要任务是： 1．巩固学生所学习有限元法理论知识的基础。 2．采用英语学习国际通用有限元软件ANSYS的使用方法，了解有限元分析的前后处理、求解 过程的步骤、方法、特点和理论。 3．掌握采用ANSYS进行机械结构静态分析、动态分析的方法和步骤。 4．培养学生的工程意识和创新能力，提高学生运用ANSYS软件进行实际工程问题分析和依据 所得到数据进行设计改进的能力。 5．帮助学生掌握本学科的专业英语术语以及本专业的最新国际发展动态，开阔学生视野，培养 学生探索新知识的兴趣，增强学生进行学术和专业工作的国际交流能力。 二、课程教学内容的基本要求、重点和难点 通过对本课程的学习，学生应该能够： 1. 结合有限元法的理论基础，运用有限元软件解决实际问题。 2．掌握有限元软件ANSYS的使用方法，重点掌握使用有限元软件ANSYS对机械结构进行静态分 析和动态分析的方法、步骤以及技巧，能够初步用有限元软件ANSYS解决简单的实际问题。 3．了解有限元软件ANSYS在机械工程中的应用，了解有限元软件ANSYS在其他应用领域的应 用。 4．能初步阅读ANSYS help，并在使用ANSYS时熟练利用ANSYS help system。 5．能够独立地运用ANSYS软件进行案例分析和设计改进，并且撰写案例研究报告。 本课程的内容为： 第一章 ANSYS简介 1.1 ANSYS简介 1.2 ANSYS的使用方法 第二章 ANSYS的建模 2.1 关键点的创建
2.2线的创建 2.3面的创建 2.4工作平面 2.5对话框 2.6体的创建 2.7复杂实体的创建方法 实例一正弦曲线的创建 实例二工作平面的使用 实例三复杂实体的创建 第三章结构静力学分析 3.1分析实例 3.2结构静力学分析步骤、特点 实例四平面桁架问题 实例五厚壁圆筒问题 实例六各种坐标系的应用实例一圆轴扭转分析 实例七扳手的受力分析 第四章结构动力学分析 4.1 ANSYSA的网格划分 4.2分析实例 实例八模态分析实例一均匀直杆的振型分析 实例九谐响应分析实例一单自由度系统的受迫振动 实例十瞬态响应分析实例一曲柄滑块机构 三、教学内容基本要求 序号 主要内容 主要教学方式 学时分配 铺导答疑比例 7 ANSYS简介和模型构建 课堂教学 2:1 2 机械结构的静态分析 课堂教学 6 2:1 3 机械结构的动态分析 课堂教学 6 2:1 应用实例 上机 2:1 总结和案例研究报告 合计 32 四、课程各教学环节的要求
2.2 线的创建 2.3 面的创建 2.4 工作平面 2.5 对话框 2.6 体的创建 2.7 复杂实体的创建方法 实例一 正弦曲线的创建 实例二 工作平面的使用 实例三 复杂实体的创建 第三章 结构静力学分析 3.1 分析实例 3.2 结构静力学分析步骤、特点 实例四 平面桁架问题 实例五 厚壁圆筒问题 实例六 各种坐标系的应用实例—圆轴扭转分析 实例七 扳手的受力分析 第四章 结构动力学分析 4.1 ANSYS的网格划分 4.2 分析实例 实例八 模态分析实例—均匀直杆的振型分析 实例九 谐响应分析实例—单自由度系统的受迫振动 实例十 瞬态响应分析实例—曲柄滑块机构 三、教学内容基本要求 序号 主要内容 主要教学方式 学时分配 辅导答疑比例 1 ANSYS简介和模型构建 课堂教学 4 2：1 2 机械结构的静态分析 课堂教学 6 2：1 3 机械结构的动态分析 课堂教学 6 2：1 4 应用实例 上 机 12 2：1 总结和案例研究报告 4 合 计 32 四、课程各教学环节的要求
学生课后大作业和上机作业完成后记入平时成绩，作为期末成绩考评的依据 上机作业分四个步骤进行：1.阅读教材，用菜单法重做课堂讲授实例；2脱离教材，独立用菜单 法重做课堂讲授实例；3.结合菜单法，查阅ANSYS help system,形成课堂讲授实例的命令流；4.参 照课堂讲授实例的方法和步骤，自行完成与课堂讲授实例类型相同的课后作业。 五、本课程与其它课程的联系 本课程偏重于应用，用有限单元法的理论解决实际问题，主要先修课程“弹性力学及有限单元 法“偏重于理论。其他先修课程为理论力学、材料力学等，相关课程有机械三维CAD、CAD/CAM 等。 六、课程考核要求 教学考核包括：①平时课堂学习情况：②上机训练中，作业完成情况：③学生独立完成的案例 研究和进行案例研究报告；④期末考试（在CAD机房进行考试），包括笔试和上机操作 七、建议教材及主要参考书 1.《ANSYS机械结构应用30例》，高耀东主编，电子工业出版社，2010年1月第二版 2.《弹性力学基础及有限单元法》，任学平、高耀东主编，华中科技大学出版社，2007年10月 第一版 3.《实用工程数值模拟技术及其在ANSYS.上的实践》，王国强编著，西北工业大学出版社， 1999年第一版 4.《工程中的有限元方法》英文版]，T.R.Chandrupatla,A.D.Belegundu著，机械工业出版 社，2005年4月第一版 5.The Documentation for ANSYS,including 1 Basic Analysis Guide:2 Structural Analysis Guide:③ANSYS,lnc.Theory Reference:④Operations Guide:⑤Commands Reference:⑥ Element Reference,and so on.(这些资料包含在教学版ANSYS软件中，学生可以随时阅读)。 八、教学日历 课次 授课内容 课时授课方式 第一章ANSYS概述1.1 ANSYS简介；1.2 ANSYS的使 用方法 课堂教学 第二章ANSYS的建模2.1关键点的创建；2.2线的创 建：2.3面的创建；实例一正弦曲线的创建 2 实验一正弦曲线的创建、相交圆柱体的创建 2 上机 第二章ANSYSE的建模2.4工作平面；2.5对话框；2.6 3 体的创建2.7复杂实体的创建方法实例三复杂实 课堂教学 体的创建 实验二复杂形状实体的创健实例一螺栓 2 上机 5 第三章结构静力学分析实例四桁架问题 2 课堂教学 实验三结构静力学分析实例—桁架问题 2 上机
学生课后大作业和上机作业完成后记入平时成绩，作为期末成绩考评的依据。 上机作业分四个步骤进行：1.阅读教材，用菜单法重做课堂讲授实例；2.脱离教材，独立用菜单 法重做课堂讲授实例；3.结合菜单法，查阅ANSYS help system，形成课堂讲授实例的命令流；4.参 照课堂讲授实例的方法和步骤，自行完成与课堂讲授实例类型相同的课后作业。 五、本课程与其它课程的联系 本课程偏重于应用，用有限单元法的理论解决实际问题，主要先修课程"弹性力学及有限单元 法"偏重于理论。其他先修课程为理论力学、材料力学等，相关课程有机械三维CAD、CAD/CAM 等。 六、课程考核要求 教学考核包括：①平时课堂学习情况；②上机训练中，作业完成情况；③学生独立完成的案例 研究和进行案例研究报告；④期末考试（在CAD机房进行考试），包括笔试和上机操作。 七、建议教材及主要参考书 1.《ANSYS机械结构应用30例》，高耀东主编，电子工业出版社，2010年1月第二版 2.《弹性力学基础及有限单元法》，任学平、高耀东主编，华中科技大学出版社，2007年10月 第一版 3.《实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践》，王国强编著，西北工业大学出版社， 1999年第一版 4.《工程中的有限元方法》[英文版]，T. R. Chandrupatla, A. D. Belegundu著，机械工业出版 社，2005年4月第一版 5.The Documentation for ANSYS, including ① Basic Analysis Guide；② Structural Analysis Guide；③ ANSYS, Inc. Theory Reference；④ Operations Guide；⑤ Commands Reference；⑥ Element Reference，and so on. （这些资料包含在教学版ANSYS软件中，学生可以随时阅读）。 八、教学日历 课次 授 课 内 容 课时 授课方式 1 第一章 ANSYS概述 1.1 ANSYS简介；1.2 ANSYS的使 用方法 第二章 ANSYS的建模 2.1 关键点的创建；2.2 线的创 建；2.3 面的创建； 实例一 正弦曲线的创建 2 课堂教学 2 实验一 正弦曲线的创建、相交圆柱体的创建 2 上机 3 第二章 ANSYS的建模 2.4 工作平面；2.5对话框；2.6 体的创建 2.7 复杂实体的创建方法 实例三 复杂实 体的创建 2 课堂教学 4 实验二 复杂形状实体的创建实例—螺栓 2 上机 5 第三章 结构静力学分析 实例四 桁架问题 2 课堂教学 6 实验三 结构静力学分析实例—桁架问题 2 上机
1 第三章结构静力学分析3.1结构静力学分析步骤和特 点实例七扳手的受力分析： 2课堂教学 8 第三章结构静力学分析总结实例压厚壁圆筒问题；实 2 例六ANSYS的坐标系实例一圆轴扭转分析 课堂教学 9 实验四结构静力学分析实例一扳手的受力分析；圆轴 2 扭转分析 上机 10 第四章结构动力学分析实例八模态分析实例一均匀 2 直杆的频率分析 课堂教学 第四章结构动力学分析实例九谐响应分析实例一单自 11 由度系统的受迫振动：实例十瞬态响应分析实例一曲 2 课堂教学 柄滑块机构 12 验五均匀直杆的模态分析、单自由度系统的受迫振 动 上机 13 实例十瞬态响应分析实例—曲柄滑块机构；总复习。 2 课堂教学 14 案例研究报告 课堂教学 15 案例研究报告 2 课堂教学 16考试 上机 、应用实训 1.目的 引导学生利用所学有限元理论和软件解决实际问题，使学生能在较短的时间里基本掌握分析工 具，同时加深巩固理论知识，最终能够在以后的学习和工作实际中熟练处理具体问题。 2.名称 十字轴式万向联轴器强度特性的有限元分析及改进设计 3. (1)建立联轴器各部分的有限元模型； 2)建立接触使联轴器各部分相互约束，并能进行载荷传递； (③)施加位移约束、载荷，进行求解计算： (4)查看结果，分析应力、变形特性； (⑤)进行改进设计，并进行对比分析。 十、案例教学 1.目的 通过向学生介绍科学研究和工程实践中精选的有代表性案例，来开阔学生视野和培养他们的兴 趣，并进一步了解有限元法在实际中应用的范围、处理问题的步骤和特点等。 2教学方式 课堂演示。 3.内 (1)大型均整机机构的有限元分析及尺寸的优化： (2)大型矿用载重车车厢的有限元分析。 课程负责人：刘学杰 执笔：高耀东 审核：王春香 Course Syllabus for"The Case Study of Finite Element Method" English name:The Case Study of Finite Element Method
7 第三章 结构静力学分析3.1 结构静力学分析步骤和特 点 实例七 扳手的受力分析； 2 课堂教学 8 第三章 结构静力学分析总结 实例五 厚壁圆筒问题； 实 例六 ANSYS的坐标系实例—圆轴扭转分析 2 课堂教学 9 实验四 结构静力学分析实例 — 扳手的受力分析；圆轴 扭转分析 2 上机 10 第四章 结构动力学分析 实例八 模态分析实例—均匀 直杆的频率分析 2 课堂教学 11 第四章 结构动力学分析 实例九 谐响应分析实例 —单自 由度系统的受迫振动；实例十 瞬态响应分析实例—曲 柄滑块机构 2 课堂教学 12 实验五 均匀直杆的模态分析、单自由度系统的受迫振 动 2 上机 13 实例十 瞬态响应分析实例—曲柄滑块机构； 总复习。 2 课堂教学 14 案例研究报告 2 课堂教学 15 案例研究报告 2 课堂教学 16 考试 2 上机 九、应用实训 1.目的 引导学生利用所学有限元理论和软件解决实际问题，使学生能在较短的时间里基本掌握分析工 具，同时加深巩固理论知识，最终能够在以后的学习和工作实际中熟练处理具体问题。 2.名称 十字轴式万向联轴器强度特性的有限元分析及改进设计 3.内容 (1) 建立联轴器各部分的有限元模型； (2) 建立接触使联轴器各部分相互约束，并能进行载荷传递； (3) 施加位移约束、载荷，进行求解计算； (4) 查看结果，分析应力、变形特性； (5) 进行改进设计，并进行对比分析。 十、案例教学 1.目的 通过向学生介绍科学研究和工程实践中精选的有代表性案例，来开阔学生视野和培养他们的兴 趣，并进一步了解有限元法在实际中应用的范围、处理问题的步骤和特点等。 2.教学方式 课堂演示。 3.内容 (1)大型均整机机构的有限元分析及尺寸的优化； (2)大型矿用载重车车厢的有限元分析。 课程负责人：刘学杰 执笔：高耀东 审核：王春香 Course Syllabus for "The Case Study of Finite Element Method" English name：The Case Study of Finite Element Method
Course Code:64103324 Course meeting time:32 hours Credit:2 For majors:Mechanical Engineering.Manufacturing and Automation Lecturing method:Bilingual Education First:The nature,purpose and tasks of the course This course isa professional basic courseto the application of the finite elen ent method in mechanical enginee ering.The teaching purpose understanding of the more effective way to leam about international engineering software.The course will give students a basis to be able to leamn ANSYS in English and to handle the real engineering problems with ANASYS.Its main tasks are: 1.Let students know how to use the theoretical knowledge of the finite element method to deal with engineering problems. 2. To show the way to leam the usage of the international finite element software ANSYS in English.including the pre-process and post-process,the solution process steps.methods.characteristics.and theory of the finite 3. To explain th cedures to solve the mechanical structure statics and the dynamics problems with the finite element m pth the case 4 Totrain thestudents apply the theoretical knowledge to sove practical problems.and improve their self-earing ability and engineering awareness 5. To help the students master the English terminology in their major as well as leam the latest international developments in the professional,open the students'perspective,culture the students'interesting to explore new knowledge and enhance the students'ability in intemational academic exchanges. d:The basic requirements.focus and for the teaching contents of the course Through this course.students should be able: 2 To use the theoretical knowledge of the finite element method to solve engineering problems. To master the usage of finite element software ANSYS,with emphasis on the methods,steps and skills for the statics analysis of mechanical structure,and preliminary use it to solve the simple practical problems. 3. To leamn how to apply ANSYS to solve the problems in mechanical engineering and in the other fields 4 To further enhance the capacity to learn ANSYS software by themselves,according to needs. 5. To read ANSYS help,and use the ANSYS help system expertly. The contents of the course are: Chapter I Introduction of ANSYS 1.1 Introduction of ANSYS 12 The usage of ANSYS Chapter lI Build Model in ANSYS 2 1 The 2.2 The creation of line 2.3 The creation of surface 2.4 Work Plane 2.5 Dialog box 2.6 The creation of volume 2.7 The create method of complex entity The case 1 the creation of sinusoid The case 2 The use of the work plane The case 3 The n of 3.1 Analysis Example
Course Code：64103324 Course meeting time：32 hours Credit: 2 For majors: Mechanical Engineering, Manufacturing and Automation Lecturing method: Bilingual Education First：The nature, purpose and tasks of the course This course is a professional basic course to introduce the application of the finite element method in mechanical engineering. The teaching purpose is, through the curriculum to enable students get a preliminary understanding of the more effective way to learn about international engineering software. The course will give students a basis to be able to learn ANSYS in English and to handle the real engineering problems with ANASYS. Its main tasks are: 1. Let students know how to use the theoretical knowledge of the finite element method to deal with engineering problems. 2. To show the way to learn the usage of the international finite element software ANSYS in English, including the pre-process and post-process, the solution process steps, methods, characteristics, and theory of the finite element analysis. 3. To explain the procedures to solve the mechanical structure statics and the dynamics problems with the finite element method with the case study. 4. To train the students apply the theoretical knowledge to solve practical problems, and improve their self-learning ability and engineering awareness. 5. To help the students master the English terminology in their major as well as learn the latest international developments in the professional, open the students’ perspective, culture the students’ interesting to explore new knowledge and enhance the students’ ability in international academic exchanges. Second: The basic requirements, focus and difficulties for the teaching contents of the course. Through this course, students should be able: 1. To use the theoretical knowledge of the finite element method to solve engineering problems. 2. To master the usage of finite element software ANSYS, with emphasis on the methods, steps and skills for the statics analysis of mechanical structure, and preliminary use it to solve the simple practical problems. 3. To learn how to apply ANSYS to solve the problems in mechanical engineering and in the other fields. 4. To further enhance the capacity to learn ANSYS software by themselves, according to needs. 5. To read ANSYS help, and use the ANSYS help system expertly. The contents of the course are: Chapter Ⅰ Introduction of ANSYS 1.1 Introduction of ANSYS 1.2 The usage of ANSYS Chapter II Build Model in ANSYS 2.1 The creation of the key points 2.2 The creation of line 2.3 The creation of surface 2.4 Work Plane 2.5 Dialog box 2.6 The creation of volume 2.7 The create method of complex entity The case 1 The creation of sinusoid The case 2 The use of the work plane The case 3 The creation of complex entity Chapter III The analysis of structural static 3.1 Analysis Example