《有限元法》教案

有限元法教案 教案xxxx学年第1学期学院、系室机电工程学院、汽车工程系课程名称有限元法专业、年级、班级车辆工程05级主讲教师徐建全1福建农林大学2福建农林大学教案编号1课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）前言（课程介绍、绪论、基础知识）教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z了解有限元法的起源、发展、优点z熟悉有限元法与经典解析法的区别z掌握有限元法的基本原理；结构的三种分类法教学内容（注明*重点#难点？疑点） 一、课程介绍（教学内容、教材、参考书、学习方法、基础） 二、绪论 1、有限元法定义* 2、有限元法与经典解析法的区别 3、有限元法的起源、发展 4、有限元法的优点 三、基础知识 1、结构的三种分类法*A）杆件结构或杆件系统；薄壁杆件结构或系统；薄板、薄壳结构；实体结构B）桁架结构；刚架结构C）静定结构；超静定结构3教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业参考书目1.谢贻权,何福保.弹性和塑性力学中的有限单元法.北京:机械工业出版社,1983.2.龙驭球,包世华.结构力学教程.北京:高等教育出版社,1988.3.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,1994.教师姓名徐建全职称讲师xx年9月5日4福建农林大学教案编号2课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）前言（基础知识）、1.1有限元法的基本原理教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z了解对称结构z熟悉有限元法的整个过程离散化、平衡方程的建立、方程组求解z掌握自由度和约束教学内容（注明*重点#难点？疑点）基础知识剩下部分内容 2、自由度、约束* 3、对称结构第1章平面杆系结构分析11有限元法的基本原理*1.1.1离散化1.1.2平衡方程的建立1.1.3方程组求解5教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业讨论有限元法的基本原理？思考题如何计算平面桁架和空间桁架超静定次数？参考书目1.谢贻权,何福保.弹性和塑性力学中的有限单元法.北京:机械工业出版社,1983.2.龙驭球,包世华.结构力学教程.北京:高等教育出版社,1988.3.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,1994.教师姓名徐建全职称讲师xx年9月7日6福建农林大学教案编号3课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）12单元力学特性分析教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z了解刚度系数数值的求法z熟悉刚度系数的物理意义；有限元的实施步骤z掌握平面桁架的单元刚度矩阵及其性质教学内容（注明*重点#难点？疑点）12单元力学特性分析1.2.1平面桁架单元*A）结点位移和结点力列阵B）刚度方程式C）刚度系数的物理意义D）刚度系数数值*#7教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业思考题单元刚度矩阵的性质？参考书目1.谢贻权,何福保.弹性和塑性力学中的有限单元法.北京:机械工业出版社,1983.2.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,1994.3.黄国权.有限元法基础及ANSYS应用.北京:机械工业出版社,xx.4.赵经文,王宏钰.结构有限元分析（第二版）.北京:科学出版社,xx.5.周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析.上海:同济大学出版社,1997.6.谭继锦.汽车有限元法.北京:人民交通出版社,xx.教师姓名徐建全职称讲师xx年9月12日8福建农林大学教案编号4课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）12单元力学特性分析13坐标变换教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z了解刚度系数数值的求法，平面刚架单元的单元刚度矩阵，平面刚架的转换矩阵z熟悉刚度系数的物理意义；有限元的实施步骤z掌握平面桁架的单元刚度矩阵及其性质；平面桁架的转换矩阵；总刚度矩阵的性质；用直刚法建立整体刚度方程教学内容（注明*重点#难点？疑点）12单元力学特性分析1.2.2平面刚架单元A）单元坐标系B）刚度方程式C）刚度系数数值1.2.3单元刚度矩阵性质*13坐标变换1.3.1整体坐标系的建立1.3.2转换矩阵*9教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业思考题 1、单元刚度矩阵的性质？ 2、总刚度矩阵的物理意义和性质？参考书目1.谢贻权,何福保.弹性和塑性力学中的有限单元法.北京:机械工业出版社,1983.2.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,1994.3.黄国权.有限元法基础及ANSYS应用.北京:机械工业出版社,xx.4.赵经文,王宏钰.结构有限元分析（第二版）.北京:科学出版社,xx.5.周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析.上海:同济大学出版社,1997.6.谭继锦.汽车有限元法.北京:人民交通出版社,xx.教师姓名徐建全职称讲师xx年9月14日10福建农林大学教案编号5课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）14结构整体分析教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z了解非结点载荷的移置z熟悉结构整体分析的整个过程z掌握总刚度矩阵的性质；用直刚法建立整体刚度方程教学内容（注明*重点#难点？疑点）14结构整体分析1.4.1整体刚度方程的建立及其在程序中的编排*A）整体坐标系下的单元刚度方程B）结构整体方程建立各结点的平衡方程C）直接形成总刚度矩阵1.4.2总刚度矩阵的物理意义和性质*#1.4.3按边界条件修改整体刚度方程*#1.4.4非结点载荷的移置1.4.5单元内力教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业思考题单元刚度矩阵与总刚度矩阵的区别？作业 1、如图平面桁架，单元和结点编号如图所示，杆截面积为A，弹性模量为E，求 （1）该平面桁架的刚度方程式。 提示a.求单元刚度矩阵ke b.T kT kete=c.建立各结点平衡方程或采用直刚法（行号i=H(m-1)+P；列号j=H(n-1)+q） （2）根据行列式性质，判断总刚度矩阵是否奇异？ （3）如令约束条件为0位移，写出只含基本量的桁架刚度方程。 P y33P x3yx1 22、说出刚度系数k mn的物理意义。 （一般意义）参考书目1.谢贻权,何福保.弹性和塑性力学中的有限单元法.北京:机械工业出版社,1983.2.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,1994.3.黄国权.有限元法基础及ANSYS应用.北京:机械工业出版社,xx.4.赵经文,王宏钰.结构有限元分析（第二版）.北京:科学出版社,xx.5.周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析.上海:同济大学出版社,1997.6.谭继锦.汽车有限元法.北京:人民交通出版社,xx.教师姓名徐建全职称讲师xx年9月19日1112福建农林大学教案编号6课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）15复习21空间刚架教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z了解空间梁单元坐标系的建立z熟悉空间梁单元刚度矩阵z掌握参考点的作用；开口和闭口截面扭转惯性矩的计算教学内容（注明*重点#难点？疑点）15复习21空间刚架2.1.1空间梁单元结点位移和结点力列阵2.1.2空间梁单元刚度矩阵13教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业参考书目1.谢贻权,何福保.弹性和塑性力学中的有限单元法.北京:机械工业出版社,1983.2.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,1994.3.黄国权.有限元法基础及ANSYS应用.北京:机械工业出版社,xx.4.赵经文,王宏钰.结构有限元分析（第二版）.北京:科学出版社,xx.5.周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析.上海:同济大学出版社,1997.6.谭继锦.汽车有限元法.北京:人民交通出版社,xx.教师姓名徐建全职称讲师xx年9月21日14福建农林大学教案编号7课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）22空间杆系结构有限元分析23有限元软件简介教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z了解有限元常用的软件z熟悉空间杆系结构有限元步骤z掌握结构的模型化（选节点和单元；划分单元）；四类误差教学内容（注明*重点#难点？疑点）22空间杆系结构有限元分析2.2.1结构分析步骤2.2.2有限元计算结果的可靠性*A）四类误差求源B）检验计算结果正确的方法23有限元软件简介15教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业参考书目1.谢贻权,何福保.弹性和塑性力学中的有限单元法.北京:机械工业出版社,1983.2.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,1994.3.黄国权.有限元法基础及ANSYS应用.北京:机械工业出版社,xx.4.赵经文,王宏钰.结构有限元分析（第二版）.北京:科学出版社,xx.5.周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析.上海:同济大学出版社,1997.6.谭继锦.汽车有限元法.北京:人民交通出版社,xx.教师姓名徐建全职称讲师xx年9月26日16福建农林大学教案编号8课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）24开口截面薄壁杆件的约束扭转25主从自由度26复习教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z了解开口薄壁梁单元的单元刚度矩阵；主从自由度的提出及处理方法z熟悉主从自由度的处理思想z掌握开口薄壁梁单元的单元刚度矩阵的维数教学内容（注明*重点#难点？疑点）24开口截面薄壁杆件的约束扭转2.4.1约束扭转2.4.2开口薄壁梁单元的单元刚度矩阵25主从自由度2.5.1主从自由度的定义2.5.2主从自由度的处理思想2.5.3主从自由度处理方法及结果26复习17教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业思考题空间梁单元刚度矩阵和开口薄壁梁单元的单元刚度矩阵的区别？参考书目1.谢贻权,何福保.弹性和塑性力学中的有限单元法.北京:机械工业出版社,1983.2.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,1994.3.黄国权.有限元法基础及ANSYS应用.北京:机械工业出版社,xx.4.赵经文,王宏钰.结构有限元分析（第二版）.北京:科学出版社,xx.5.周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析.上海:同济大学出版社,1997.6.谭继锦.汽车有限元法.北京:人民交通出版社,xx.教师姓名徐建全职称讲师xx年9月28日18福建农林大学教案编号9课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）31平面应力问题32连续弹性体分析过程概述教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z了解弹性体的空间应力z熟悉平面应力问题、弹性体与杆系结构分析异同点z掌握常用典型单元教学内容（注明*重点#难点？疑点）31平面应力问题#3.1.1弹性体的空间应力3.1.2应力分量3.1.3平面应力问题32连续弹性体分析过程概述3.2.1弹性体与杆系结构分析异同点3.2.2常用典型单元*3.2.3连续体的分析步骤19教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业思考题平面矩形单元和平面三角形单元每个节点有几个自由度？参考书目1.谢贻权,何福保.弹性和塑性力学中的有限单元法.北京:机械工业出版社,1983.2.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,1994.3.黄国权.有限元法基础及ANSYS应用.北京:机械工业出版社,xx.4.赵经文,王宏钰.结构有限元分析（第二版）.北京:科学出版社,xx.5.周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析.上海:同济大学出版社,1997.6.谭继锦.汽车有限元法.北京:人民交通出版社,xx.教师姓名徐建全职称讲师xx年9月30日20福建农林大学教案编号10课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）33弹性体的离散化34位移模式的选择教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z熟悉弹性体的离散化过程z掌握位移模式的选择；形函数矩阵教学内容（注明*重点#难点？疑点）33弹性体的离散化*3.3.1单元划分3.3.2载荷移置3.3.3约束简化34位移模式的选择*#3.4.1位移模式3.4.2待定系数的确定21教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业思考题位移模式的作用？参考书目1.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,1994.2谭继锦.汽车有限元法.北京:人民交通出版社,xx.3.赵经文,王宏钰.结构有限元分析（第二版）.北京:科学出版社,xx.4.周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析.上海:同济大学出版社,1997.教师姓名徐建全职称讲师xx年10月10日22福建农林大学教案编号11课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）35单元的应力与应变36单元刚度矩阵37整体刚度矩阵38非结点载荷的移置39收敛准则教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z了解非结点载荷的移置z熟悉单元刚度矩阵的计算和物理意义、整体刚度矩阵z掌握单元应变矩阵、单元应力矩阵的计算；收敛准则；完备和协调单元教学内容（注明*重点#难点？疑点）35单元的应力与应变*3.5.1由位移求应变A）几何方程B）应变矩阵3.5.2由应变求应力A）物理方程B）应力矩阵36单元刚度矩阵*3.6.1结点力与结点位移的关系3.6.2单元刚度矩阵的计算和物理意义37整体刚度矩阵38非结点载荷的移置39收敛准则*#3.9.1有限元法的误差3.9.2收敛性3.9.3收敛准则3.9.4完备和协调单元教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业思考题弹性力学基本方程平衡方程、几何方程、物理方程如何建立？作业已知平面三结点三角形单元i、j、m坐标分别为（1，1）、（4，1）、（2，3），三角形单元内有一点P，其坐标为（2，2）。 厚度,弹性模量,泊松比3101?=t111006.2=E3.0=。 求 1、形函数矩阵N 2、如果44105.11010?=m ji mj iV VVU UU，求P（2，2）的位移；单元应变矩阵B；单元应力矩阵S；i结点和P结点处的应力 3、求23k参考书目1.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,1994.2谭继锦.汽车有限元法.北京:人民交通出版社,xx.3.赵经文,王宏钰.结构有限元分析（第二版）.北京:科学出版社,xx.4.周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析.上海:同济大学出版社,1997.教师姓名徐建全职称讲师xx年10月12日2324福建农林大学教案编号12课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）310实施步骤与注意事项311矩形单元的采用*312复习教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z了解三角形常应变单元解平面问题的步骤z熟悉三角形常应变单元解平面问题的注意事项z掌握平面矩形单元的位移模式；绕结点平均法和两单元平均法；平面三角形单元和平面矩形单元的优缺点教学内容（注明*重点#难点？疑点）310实施步骤与注意事项3.10.1三角形常应变单元解平面问题的步骤3.10.2注意事项*#311矩形单元的采用*3.11.1线性模式三角形单元的局限性3.11.2矩形单元的位移模式3.11.3矩形单元的优缺点312复习25教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业思考题 1、比较绕结点平均法和两单元平均法? 2、比较平面三角形单元和矩形单元的优缺点？ 3、矩形单元的位移和应力是否连续？为什么？参考书目1.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,1994.2谭继锦.汽车有限元法.北京:人民交通出版社,xx.3.赵经文,王宏钰.结构有限元分析（第二版）.北京:科学出版社,xx.4.周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析.上海:同济大学出版社,1997.教师姓名徐建全职称讲师xx年10月17日26福建农林大学教案编号13课时安排2学时教学课型理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）41ANSYS软件概述42ANSYS操作界面43ANSYS基本分析过程教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）z了解ANSYS软件的功能特点z熟悉ANSYS软件的菜单界面z掌握ANSYS基本分析过程（分前处理器、求解器、后处理器三大模块）教学内容（注明*重点#难点？疑点）41ANSYS软件概述42ANSYS操作界面43ANSYS基本分析过程*#4.3.1前处理4.3.2加载和求解4.3.3后处理27教学方式、手段、媒介采用多媒体进行讲授。 板书设计讨论、思考题、作业讨论ANSYS建模有几种方法?参考书目1.黄国权.有限元法基础及ANSYS应用.北京:机械工业出版社,xx.2.黄金陵.汽车车身有限元法基础.吉林工业大学,