1、有限元分析課程教學大綱 【課程編號】XXXXX 【課程名稱】 有限元分析/ Finite Element Analysis 【課程性質】專業核心課 【學時】144學時【實驗/上機學時】144學時 【考核方式】試卷考【開課單位】XX學院 【授課對象】本科、機械設計制造及其自動化學生 一、課程的性質、目的和任務 有限元法作為邊值問題的近似計算方法，隨著計算機和計算技術的迅猛發展，其 應用已從固體力學發展到流體力學、熱力學、電磁學、聲學、光學、生物學等多耦合 場問題。有限元分析基礎是材料成型類專業的一門專業基礎課，主要介紹固體力 學有限單元法的基本理論和應用。在對有限單元法的原理、方法進行講授的同時

2、配以 相應的計算算例及大型工程軟件的使用示例，加深學生的理解和消化。 課程教學所要達到的目的是：1、有限單元法的基本理論和實施方法；2、掌握工 程結構和設備的受力及變形分析技能并最終提高他們的工程設計能力和解決實際問 題的能力；3、利用ANSYS軟件上機實踐完成兩個上機練習：剛架結構有限元分析和 三維固體有限元分析；4、掌握利用有限元的加權殘值法求解場問題的概念，重點介 紹1維和2維熱傳導問。 題有限元分析。 二、教學內容、基本要求和學、課時分配 第一章：ANSYS概論（13學時） （一）基本要求：了解有限元法的分析過程，ANSYS 15.0的安裝與啟動，前 處理、加載并求解、后處理。 （二）

3、教學內容和課時分配： 1、有限元法的分析過程，ANSYS 15.0的安裝與啟動（2學時） 2系統要求、設置運行參數（1學時） 3、ANSY分析的基本過程（1學時） 4、實驗內容（9學時） 實驗1梁的有限元建模與變形分析（1學時） 實驗目的和要求： 1）要求選擇不同形狀的截面分別進行計算； 2）梁截面分別采用以下三種截面； 3）設置計算類型； 重 點：有限元法的分析過程，ANSYS 15.0的安裝與啟動； 難 點：ANSYS析的基本過程； 第二章：圖形用戶界面（13學時） （一）基本要求：了解ansyS件界面下各窗口的功能，具體包括應用命令 菜單、主菜單、工具欄、輸入窗口、圖形窗口和輸出窗口。A

4、NSYS架構及命令，具體 包括簡單模型的建立、材料屬性輸入、單元的選擇和劃分、求解處理和后置處理。 （二）教學內容和課時分配： 1、ANSYS 15.0圖形用戶界面的組成（1學時） 具體包括應用命令菜單、主菜單、工具欄、輸入窗口、圖形窗口和輸出窗口。ANSYS 架構及命令，具體包括簡單模型的建立、材料屬性輸入、單元的選擇和劃分、求解處 理和后置處理2、對話框及其組件、通用菜單，輸入窗口 2、主菜單，輸出窗口，圖形窗口的功能（1學時） 3、個性化界面（1學時） 4、實驗內容（10學時） 實驗1超靜定桁架的有限元建模與分析 實驗目的和要求：上機熟悉 ANSY歎件的命令，并對簡單的例題進行有限元靜、

5、 動態分析。 重 點（黑體，小四號字）：ANSYS 15.0圖形用戶界面的組成； 難 點（黑體，小四號字）：主菜單，輸出窗口，圖形窗口的功能； 第三章：幾何建模（14學時） （一）基本要求：ANSYS軟件中坐標系統和坐標平面、節點和元素的定義、負載定 義、復雜實體模型的建立方法等。對分析結果進行后處理，具體包括繪變形圖、支反力列表、繪 應力等值線圖和網格密度檢查等。 （二）教學內容和課時分配： 1、幾何建模概述（1學時） 自底向上創建幾何模型 ，自頂向下創建幾何模型，布爾運算操作，拖拉和旋轉，移動和復制， 修改模型（清除和刪除），從IGES文件幾何模型導入到 ANSYS 2、坐標系簡介（1學時

6、） 3、工作平面的使用（1學時） 4、自底向上創建幾何模型（1學時） 5、 自頂向下創建幾何模型（體素）（1學時） 6、 使用布爾操作來修正幾何模型（1學時） 7、實驗內容（8學時） 實驗1超靜定梁的有限元建模計算 實驗目的和要求：學生在老師的指導下自己上機熟悉ANSYS軟件的相關命令，練 習輸入和自己建立三維實體模型，并對復雜的結構進行有限元靜、動態分析。 重 點:自底向上創建幾何模型，自頂向下創建幾何模型，布爾運算操作； 難 點：拖拉和旋轉，移動和復制，修改模型（清除和刪除），從IGES文件幾何模型 導入到ANSYS。 第四章：網格劃分（13學時） （一）基本要求：掌握ANSYS網格劃分工

7、具，設定單元屬性，網格劃分的控制，自 由網格劃分和映射網格劃分控制，直接通過節點和單元生成有限元模型等的方法。 （二）教學內容和課時分配： 1、 有限元網格概述、設定單元屬性（1學時） 2、 網格劃分的控制，ANSYS網格劃分工具（1學時） 3、 自由網格劃分和映射網格劃分控制，延伸和掃掠生成有限元模型（1學時） 4、 直接通過節點和單元生成有限元模型，編號控制（1學時） 5、實驗內容（9學時） 實驗1平板的有限元建模與變形分析 實驗目的和要求：給模型施加x方向約束，施加y方向約束，并輸出結果顯示。 重 點（黑體，小四號字）：網格劃分的控制，ANSYS網格劃分工具； 難 點（黑體，小四號字）：

8、自由網格劃分和映射網格劃分控制，延伸和掃掠生成 有限元模型，直接通過節點和單元生成有限元模型，編號控制； 第五章：施加載荷（13學時） （一）基本要求：了解荷載的定義，掌握實體模型載荷與有限單元載荷，創建多載荷 步文件，動力學分析等。 （二）教學內容和課時分配： 1、載荷概述，（1學時） 2、施加載荷概述 （1學時） 3、設定載荷步選項 （1學時） 4、實驗內容（10學時） 實驗1內六角扳手的載荷施加 1）實驗目的和要求：1、添加位移邊界條件。2、顯示邊界條件。3、在手柄上施 加壓力，寫第一載荷步，定義向下的壓力同時寫出第二載荷步。 重 點：載荷步、子步和平衡迭代，階躍載荷與坡道載荷。 難 點

9、:實體模型載荷與有限單元載荷，利用表格來施加載荷。 第六章： 求解（13學時） （一）基本要求：學會使用直接求解法，了解利用特定的求解控制器來指定 求解類型。 （二）教學內容和課時分配： 1、求解概述（0.5學時） 2、利用特定的求解控制器來指定求解類型（0.5學時） 3、多載荷步求解（1學時） 4、 重新啟動分析，預測求解時間和估計文件大小（1學時） 5、實驗內容（10學時） 實驗1受內壓作用的球體的有限元建模與分析 1）實驗目的和要求：1、生成特征點。2、網格劃分。3、水平直邊施加約束，豎 直邊施加約束，內弧施加徑向的分布載荷。 4、通過學習本立體后將對 ANSY魴析有 個全面的認識。 重

10、 點：利用特定的求解控制器來指定求解的方法 難 點：多載荷步求解，重新啟動分析的方法 第七章：后處理 （13學時） （一）基本 要求：學會觀察制定載荷步的整個模型的結果，會調用各種變形圖，列出 反作用力等。 （二）教學內容和課時分配： 1、后處理概述（1學時） 2、通用后處理器（1學時） 3、時間歷程后處理器（1學時） 4、實驗內容（10學時） 實驗1查看計算結果 實驗目的和要求：學會調用時間歷程后處理器（POST26,定義和儲存P0ST2變 量，檢查變量等。 實驗2內六角扳手的靜態分析后處理 實驗目的和要求：學會讀取第一個載荷步計算結果，讀取下一載荷步計算結果， 放大橫截面等。 重 點：將數

11、據結果讀入數據庫，列表顯示結果，圖像顯示結果； 難 點：定義和儲存POST26變量； 第八章：靜力分析（13學時） （一）基本要求：（1）掌握平面問題靜力分析方法，軸對稱結構精力分析方 法；（2） 了解周期對稱結構的靜力分析方法等； （二）教學內容和課時分配： 1靜力分析概述（1學時） 2、鋼桁架橋靜力受力分析（2學時） 3、實驗內容（10學時） 實驗1超靜定梁的有限元建模計算 實驗目的和要求：1、學會如何在anasys中建立節點和關鍵點；2、學會如何設 定分析模塊，定義材料屬性等。 重 點：靜力分析的求解步驟； 難 點：GUI操作方法； 第九章：模態分析（13學時） （一）基本要求：1）掌握

12、模態分析的基本步驟；（2）學會觀察觀察結果和 后處理等； （二）教學內容和課時分配： 1、模態分析概述（1學時） 2、模態分析的基本步驟（1學時） 3、鋼桁架橋模態分析（1學時） 4、實驗內容（10學時） 實驗1軸對稱結構靜力分析旋轉外輪 實驗目的和要求：1、學會利用軸對稱使問題簡化；2、進一步強化模態分析的基 本步驟。 重 點：模態分析的基本步驟； 難 點：鋼桁架橋模態分析； 第十章：非線性分析（13學時） （一）基本要求：（1） 了解程序的運作方式和結構的表現行為；（2）通過首 先分析一個簡化模型，以便使學生對結構的特性有一個初步了解； （3）學會閱讀和理 解程序的輸出信息和警告。 （二）

13、教學內容和課時分配： 1、非線性分析概述（1學時） 2、非線性分析的基本步驟（2學時） 3、實驗內容（10學時） 實驗1鉚釘沖壓應力分析 實驗目的和要求：1、了解鉚釘沖壓的建模過程。2、掌握如何定義邊界條件并求 重 點：非線性分析的基本步驟； 難 點：設置求解控制器； 第十一章：熱變形問題的有限元分析（13學時） （一）基本要求：學會如何用ANSYS軟件分析計算物體的穩態或瞬態溫度 分布，以及熱量的獲取或損失、熱梯度、熱通量等。 （二）教學內容和課時分配： 1、熱分析概述（1學時） 2、熱分析的基本過程（1學時） 3、實驗內容（11學時） 實驗1蒸汽管分析 實驗目的和要求：學生在老師的指導下自

14、己上機熟悉 ANSYS軟件的相關命令，并 用軟件計算由于熱變形不均勻引起的應力。 重 點：熱分析單元； 難 點：熱分析的基本過程； 學時分配表： 學時分配 早節 教學內容 理論 實驗/上 教學方法 備注 學時 機學時 第一章 ANSYS概論 4 9 講授+上機 第二章 圖形用戶界面 3 10 講授+上機 第三章 幾何建模 6 8 講授+上機 第四章 網格劃分 4 9 講授+上機 第五章 施加載荷 3 10 講授+上機 第八章 求解 3 10 講授+上機 第七章 后處理 3 10 講授+上機 第八章 靜力分析 3 10 講授+上機 第九章 模態分析 3 10 講授+上機 第十章 非線性分析 3 10 講授+上機 第十一章 熱變形冋題的有限兀分析 2 11 講授+上機 合計 37 107 三、教材和參考書目： 教 材：劉平安，槐創鋒，詳解 ANSYS有限元分析，北京：電子工業出版社，2015 參考書目： 1 呂建國，ANSYS15.0機械與結構有限元分析從入門到精通，北京：機械工業出版社，2015 ； 2 高秀華、張小江、王歡等編著，有限單元法原理及應用簡明教程，北京：化學工業出版 社，2008 ； 3 張洪信主編，有限元