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《機械結(jié)構(gòu)有限元分析》課程教學設計 （一）基本描述 課程名稱：機械結(jié)構(gòu)有限元分析 英文譯名：FINITE ELEMENT METHOD OF MECHANICAL STRUCTURE 課程學時：30 講課：26 實驗：4 適用專業(yè)：機電工程學院機械設計制造及其自動化專業(yè) 開課單位：機電工程學院機械制造及自動化系 開課時間：第七學期 先修課程：材料力學 主要教材及參考書： 1、“有限元素法及其應用講義”（自編） 2、王新榮主編《有限元素法》，中國臺北出版社，1997年 3、王守信主編《有限元法教程》，哈工大出版社，1994年 （二）課程的性質(zhì)、研究對象及任務 本課程是為機械設計制造及其自動化專業(yè)本科生開設的一門專業(yè)選修課，重點介紹有限元法的基本原理和方法、一些成熟的有限元軟件功能和簡單的分析步驟，同時結(jié)合工程實際，為他們進一步學習或?qū)嶋H應用及參加科研工作開辟道路。其任務是通過先修課程中所學知識的綜合運用和新知識的獲取，使學生初步掌握現(xiàn)代設計中的一種重要方法，開闊視野，提高能力，以適應科學技術發(fā)展的要求。具體的教學目的如下： 1、了解有限元方法的應用范圍和目前的發(fā)展狀況； 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軟件功能和簡單的分析步驟，結(jié)合上機和實驗，使學生能夠利用現(xiàn)有軟件對實際結(jié)構(gòu)進行有限元分析，為進一步學習或?qū)嶋H應用及參加科研工作打下基礎。 （三）教材的選擇與分析 “有限元素法及其應用”講義是以王新榮主編的《有限元素法》為基礎，并增加了有限元分析軟件應用的內(nèi)容。自20世紀80年代起，哈爾濱工業(yè)大學對理工科專業(yè)的本科生和研究生開設了有關“有限元分析”的課程，在多年教學和科研的基礎上，相繼出版了《機械結(jié)構(gòu)有限元分析》、《有限元法教程》和《有限元素法》等教材。該講義主要針對高等院校各理工科專業(yè)本科生的需要而編寫，同時也考慮了在職工程技術人員學習和未修過有限元課程的研究生自學的要求。編寫上注意由淺入深、通俗易懂，以便具有一定力學知識和工程技術基礎知識的高年級大學生和在職工程技術人員學習使用。 （四）本課程各章的主要內(nèi)容與基本要求、重點與難點、學時分配 第一章 概論（講課2學時） 有限元法的基本概念、思路和發(fā)展過程，有限元法的應用領域，單元特性矩陣的導出方法以及常用單元的類型。 重點：有限元法中單元特性矩陣的導出方法。 第二章 彈性力學的基本方程式（講課2學時） 變形體的描述與變量定義、彈性體的基本假設和研究的基本技巧；應力及其分量、力的平衡微分方程、位移和應變以及位移和應變的關系（幾何方程和物理方程）、虛功方程。 重點：應力及其分量、力的平衡微分方程、位移和應變以及位移和應變的關系。 難點：虛功方程。 第三章 桿、梁單元的有限元法（講課4學時） 建立計算模型、局部坐標系中桿單元的剛度矩陣、坐標變換、統(tǒng)一坐標系中桿單元的剛度矩陣、桿單元的應用舉例和總剛陣的組集方法、平面梁單元的剛度矩陣和應用舉例。 重點：建立計算模型，求出桿單元的剛度矩陣。 難點：坐標變換。 第四章 平面問題的有限元法（講課4學時） 平面矩形板單元的剛度矩陣和應用舉例、形狀函數(shù)、平面高次板單元的剛度矩陣、平面等參數(shù)單元的剛度矩陣、結(jié)構(gòu)總剛陣的特點和組集方法、邊界條件處理、載荷移置。 重點：板單元剛度矩陣。 難點：形狀函數(shù)。 第五章 薄板彎曲問題及板、梁組合問題的有限元法（講課2學時） 角形薄板單元的有限元法、板和梁單元的組合問題、坐標變換。 重點：板和梁單元的組合問題。 難點：對薄板彎曲問題的理解。 第六章 軸對稱問題的有限元法（講課2學時） 彈性力學軸對稱問題的基本方程式、三角形截面形狀單元的剛度矩陣、軸對稱問題的載荷移置、軸對稱問題的有限元解法。 重點：軸對稱問題的有限元解法。 第七章 三維實體單元的有限元法（講課2學時） 四面體單元的剛度矩陣、六面體單元的剛度矩陣以及三維等參數(shù)單元。 第八章 結(jié)構(gòu)動力學的有限元方法（講課4學時） 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動力學方程、單元質(zhì)量矩陣、單元阻尼矩陣、求解自由振動問題簡例。 重點：用有限元法求解動力學問題。 難點：動力學方程的推導。 第九章 有限元軟件（講課4學時） 介紹ANSYS有限元軟件的使用，包括建模、邊界條件處理等。 （五）教學環(huán)節(jié) 1．課堂講授（26學時） 任課教師必須做到下面幾點： 1）認真?zhèn)湔n，做好教案，熟練掌握課程的基本內(nèi)容。 2）以學生為中心，采用啟發(fā)式等教學方法，注意調(diào)動學生的學習積極性和主動性，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力、分析問題和解決問題能力。 3）講課的思路要清晰，概念要準確，重點要突出，要理論聯(lián)系實際，多舉一些實例，要適時反映本學科發(fā)展的狀態(tài)； 4）教學手段要完備，根據(jù)教學內(nèi)容的要求，恰當運用多媒體教學手段。 5）上課精神飽滿，教書育人，為人師表，以人格魅力和精神氣質(zhì)，激發(fā)學生的求知欲和思維活力，在潛移默化中影響學生。 2．作業(yè) 為引導學生主動探索、理解與掌握知識，培養(yǎng)運用知識解決問題的能力，在各主要章的課后都留有習題作業(yè)，教師認真批閱，評出成績。 3．實驗（4學時） 本課程是一門理論性、應用性都很強的專業(yè)課，實驗教學是培養(yǎng)學生的動手能力和鞏固所學知識的重要教學環(huán)節(jié)。共安排了4學時3個必作實驗。具體的實驗如下： ①固有頻率測試實驗（1學時）； ②靜態(tài)變形測試實驗（1學時）； ③上機實驗（2學時）； 實驗有實驗指導書。 實驗時每組人數(shù)2-4人，每個教師指導的人數(shù)一般不超過15人。任課教師要指導實驗，并且要批改至少一個小班的實驗報告，寫出評語，評出成績。 （六）信息交流，教學相長 1.所有的教學環(huán)節(jié)、教學內(nèi)容、教學文件都要與學生溝通，使學生了解學什么？怎樣學？掌握那些基本內(nèi)容，調(diào)動學生的主動性和積極性； 2.通過作業(yè)講評，教師了解學生的學習情況，指出存在的問題，提出要求，引導學生端正學習態(tài)度，掌握正確的學習方法； 3.定期進行問卷調(diào)查，認真聽取學生對教學工作的反映，教師要積極的、有的放矢地改進教學。 （七）考核辦法 采用累加式的考核方法，即課程的總成績由以下幾部分構(gòu)成。 平時成績占20﹪（聽課、作業(yè)），實驗上機占10﹪，期末考試成績占70﹪。