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《有限元分析及工程应用》课程教学大纲

一、课程基本情况

课程代码：101134223408

课程名称（中/英文）：

有限元分析及工程应用/FiniteElementAnalysisandEngineeringApplication

课程类别：专业核心课程

学分：2

总学时：32

理论学时：24

实验/实践学时：8

适用专业：焊接技术与工程

适用对象：本科

先修课程：高等数学，线性代数，大学物理，工程力学

教学环境：多媒体教室

开课学院：材料科学与工程学院

二、课程简介

1.课程任务与目的

《有限元分析及工程应用》课程是焊接技术与工程专业本科生的一门专业核心课。本课程主要讲授有限元分析方法及ANSYS软件应用。作为结构分析的三大手段之一（试验、理论分析、数值模拟），有限元分析是目前应用最广泛的结构数值模拟手段，尤其是随着计算机技术、图形处理技术、CAE技术以及商用有限元分析软件的大力发展，有限元分析在各个领域（包括造船、海洋、航天、航空、机械、土木、能源等）得到了广泛的应用。因此学习和掌握有限元分析的基本原理和方法，对于将来从事工程技术工作的工科学生来说是一个不可缺少的环节。通过本课程的学习，希望学生能够掌握有限元分析的基本原理和方法。结合上机实验，使学生掌握有限元的基本分析流程，并能够借助于商用有限元软件，解决一些简单的焊接结构分析问题，从而为学生今后在工作岗位上应用有限元方法解决具体的工程实际问题，打下良好的基础。在课程教学过程中，注重学生专业能力培养与人格养成，注重立德树人，培育学生的社会主义核心价值观领，传承民族精神，恪守职业道德，激发学生工业兴国、爱国热情。

2.对接培养的岗位能力

使学生掌握有限元分析的基本原理和方法，具备使用ANSYS软件进行焊接数值模拟的能力。

课程教学目标

1.课程对毕业要求的支撑

[毕业要求指标点2.2]能够综合运用所学专业知识对焊接技术领域工程典型问题进行分析建模。

[毕业要求指标点5.2]能够根据现代焊接技术方法，开发或选择使用恰当的仪器、信息资源、工程工具，对焊接加工领域复杂工程问题，进行分析、计算与设计。

2.课程教学目标

对应毕业要求指标点，具体内容如下

教学目标1：掌握有限元分析的基本理论、方法、步骤和流程，具备将典型焊接工程问题归结为有限元计算模型的能力，能够运用有限元方法进行焊接数值模拟。（支撑毕业要求指标点2.2）

教学目标2：运用有限元分析对焊接工程设计方案进行分析、论证、评价和优化创新。（支撑毕业要求指标点5.2）

四、教学课时安排

（一）学时分配

主题或知识点

教学内容

总学时

学时

完成课程

教学目标

讲课

实验

实践

主题1

概述

2

2

0

1、2

主题2

杆结构有限元分析

5

3

2

1、2

主题3

梁结构有限元分析

5

3

2

1、2

主题4

平面问题有限元

分析

10

8

2

1、2

主题5

实体结构有限元

分析

4

2

2

1、2

主题6

热传递问题有限元分析

6

6

0

1、2

合计

32

24

8

（二）实践教学安排（指含有实验或实践内容的课程）

序号

实验/实践项目名称

实验/实践学时

实验/实类型

实验/实践要求

每组

人数

备注

1

梁、杆结构实例分析

4

综合性

必做

1

2

平面问题及实体结构

实例分析

4

综合性

必做

1

五、教学内容及教学设计

主题或知识点1概述

1.教学内容

主要介绍有限元法基本概念、基本思想、发展过程和现状，有限元法的优缺点，使用有限元法解决实际工程问题的案例介绍及常用商业软件。引导学生树立工匠精神，培养他们在学习和工作中精益求精的态度，不断提升自己的专业技能。

2.教学重点

理解有限元法的基本思想。

3.教学难点

理解有限元法的优缺点。

4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）

授课、启发式教学，采用多媒体和板书相结合。

主题或知识点2杆结构有限元分析

1.教学内容

弹簧和杆结构单元的划分、单元自由度的选择、单元刚度矩阵的推导、单元刚度矩阵的坐标变换、总体刚度矩阵的组装、约束和荷载的处理、ANSYS软件有限元分析流程。引导学生树立工匠精神，培养他们在学习和工作中精益求精的态度，不断提升自己的专业技能。

2.教学重点

单元刚度矩阵的推导、单元刚度矩阵的坐标变换、总体刚度矩阵的组装。

3.教学难点

单元刚度矩阵的坐标变换、总体刚度矩阵的组装、约束和荷载的处理。

4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）

授课、启发式教学，采用多媒体和板书相结合。

主题或知识点3梁结构有限元分析

1.教学内容

梁结构单元的划分、单元自由度的选择、单元刚度矩阵的推导、单元刚度矩阵的坐标变换、总体刚度矩阵的组