計算力學教學大綱課程英文名ComputationalMechanics課程代碼B0801Z03學分3.5總學時56理論學時48實驗/實踐學時8課程類別學科必修課課程性質限選先修課程流體力學，彈性力學，計算方法，C語言程序設計適用專業工程力學開課學院計量測試工程學院一、課程地位與課程目標（一）課程地位《計算力學》是工科院校工程力學專業的學科必修課，學習本課程的目的是為了使學生對數值模擬方法及其它常用計算力學方法有初步的了解，理解這些方法所涉及的基本概念和數學理論及實現方式，并對用有限差分方法、有限體積方法和有限元方法求解力學問題有初步了解，能解決簡單力學問題的數值計算。（二）課程目標目標1：使學生理解數值計算方法在工程中的價值及應用；目標2：使學生理解微分方程類型，數值計算基本思想，坐標轉換和網格劃分方法。目標3：使學生掌握有限差分法基本原理，離散方法，誤差來源，實現簡單問題的數值計算。目標4：使學生掌握有限體積法基本原理，離散方法，誤差來源，實現簡單問題的數值計算。目標5：使學生了解有限元法基本原理和方法，實現簡單問題的程序計算。目標6：了解其他數值計算方法。二、課程目標達成的途徑與方法以課堂教學為主，結合自學、課堂討論、課后作業等。課堂教學，結合工程案例講解有限差分、有限體積和有限元等內容的主要理論和計算方法；課堂討論，以小組為單位對課堂重點內容進行討論；課堂實踐，通過對算法的理解，實現微分方程計算編程，并調試運行；課后作業，安排與課堂重點內容相關的課后作業，幫助學生課后掌握知識點；自學，課后自學Matlab和C語言編程，為課程程序設計打下基礎。三、課程目標與相關畢業要求的對應關系課程目標課程目標對畢業要求的支撐程度（H、M、L）畢業要求5畢業要求6畢業要求7畢業要求9課程目標1MMMH課程目標2MMHL課程目標3MMMH課程目標4MMHM課程目標5MMMH課程目標6MMML注：1.支撐強度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）。四、課程主要內容與基本要求第一章緒論了解計算力學的發展簡史和研究內容，了解計算力學和其他學科的關系以及計算力學的一般研究方法，熟悉流體力學基本控制方程組。第二章有限差分方法掌握有限差分的基本概念，包括函數的表示，單變量函數的有限差分公式和多變量函數的有限差分公式。掌握差分方程與差分格式構造，主要包括微分方程以及定義，常微分方程的差分格式構造與求解以及偏微分方程的差分格式構造與求解。掌握差分格式的收斂性和穩定性的基本概念和判斷準則。掌握差分格式的其他構造方法，比如積分插值法和待定系數法。同時理解差分解法在流體力學中的應用。第三章有限體積法掌握有限體積法的基本概念，理解壓力耦合方程組的半隱式方法（SIMPLE算法）的基本概念及常見算例。第四章加權殘值法理解加權殘值法的基本概念以及加權殘值法的基本方法，了解離散型加權殘值法和加權殘值法在力學中的應用，同時了解試函數的選擇以及加權殘值法的收斂性與誤差界。第五章有限元法理解有限元的直觀方法和基本概念，包括桿和梁的分析。理解有限元法的一般化理論、基本思想及其實現，包括有限元法的基本思想，分析問題的主要步驟，結構區域離散化的一般原則。介紹形函數、坐標變換和等參元的基本概念。了解平面問題有限元法及其應用，包括位移插值函數，單元應變、應力矩陣，整體有限元方程的建立，整體總剛度矩陣的性質以及存貯技術，邊界約束條件的處理和有限元方程求解等。了解流體力學有限元分析初步，不可壓縮無粘性流動，平面穩定滲流問題，圓柱體繞流有限元分析實例。第六章基于粒子模擬的方法了解直接模擬蒙特卡羅方法和分子動力學方法，理解這兩種方法的原理、步驟、技術細節、應用場合以及常見算例。第七章計算力學相關軟件簡介了解計算力學軟件的發展，目前常用的各種計算力學軟件。五、課程學時安排章節號教學內容學時數學生任務對應課程目標第1章1.1緒論2課后自學“流體中文網”內容課程目標1第1章1.2流體力學控制方程組2課后自學“粘性流體力學”內容課程目標2第2章2.1微分方程數學性質對CFD的影響4課后作業1：偏微分方程分類，推導Jacobi矩陣課程目標2第2章2.2離散化的基本方法4課后作業2：推導一階和二階導數的各差分格式課程目標3第2章2.3差分格式穩定性4課后作業3：各種方程的穩定性分析課程目標2第2章2.4網格生成與坐標變換8課后作業4：二維網格生成課程目標3第2章2.5擬一維噴管流動的數值解6課后作業5：擬一維噴管流動數值模擬程序課程目標3第3章有限體積法基本原理6課后閱讀SIMPLE程序課程目標4第4章加權殘值法2課后作業6：采用加權殘值法求解方程課程目標5第5章有限元法12課后作業6：單位剛度矩陣推導課程目標5第11章其他數值求解方法6自學相關資料課程目標6六、實踐環節及基本要求序號實驗項目名稱學時基本要求學生任務實驗性質實驗類別1網格生成2完成一維噴管網格生成驗證綜合性必做2擬一維噴管流動的數值解３完成一維噴管流動數值計算驗證綜合性必做3一維平板傳熱計算３完成一維平板傳熱數值計算驗證綜合性必做4圓柱繞流有限元計算2完成圓柱繞流流動數值計算驗證綜合性選做注：1.實驗性質指演示性、驗證性、設計性、綜合性等；2.實驗類別指必做、選做等。七、考核方式及成績評定考核內容考核方式評定標準（依據）占總成績比例過程考核含到課率、課堂討論發言、平時作業等平時記錄40%期末考核論文和面試報告質量及問題回答情況60%考核類別考查成績登記方式五級制八、推