附件1中国民航大学研究生课程教学大纲 - 有限元应用课程教学大纲.docVIP

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《结构有限元应用》教学大纲

课程英文名称

StructuralApplicationsofFiniteElements

开课院系

航空工程学院

课程类别

学科选修课

授课对象

学术型

授课方式

1.讲授类4.专题类5.双语类6.前沿类

课程总学时

36

课程总学分

2

开课学期

1

适用专业

航空宇航科学与技术、机械工程

预修课程

理论力学、材料力学、弹性力学、数值分析

主讲教师1

李顶河

职称

副教授

主讲教师2

何振鹏

职称

讲师

课程简介（500字以内）：

《结构有限元应用》是计算机辅助分析的理论基础和重要工具。涉及到《材料力学》、《弹性力学》、《数值分析》和《计算机算法语言及程序设计》等基础课程的相关知识。通过本课程的学习，要求学生能够掌握有限元的基本概念、理论和建模技术，以便能正确使用商业有限元软件解决实际工程问题，特别是涉及到复杂工程结构的力学分析问题，并为独立开发有限元程序奠定基础。

此次有限元应用课程采用英语教学，课程内容全采用英文编写。首先介绍一下有限元在工程中的应用，让学生了解有限元技术的用途和应用场合，通过一些典型案例让学生熟悉有限元可解决的问题；了解典型案例后通过讲解梁单元、壳单元、杆单元、3D单元、线性系统方程、动力问题、平板应力的理论基础；最后结合通过一个例子将理论数值编程与软件计算进行求解对比，让学生更深入理解有限元知识点。本课程注重基本概念和基本理论讲解，培养学生理论分析能力、实践能力，注重该课程与其它课程之间的联系。将有限元应用与民机设计、制造和维修领域内各个知识点应用情况讲解，使学生做到学以致用。

课程教学目标与基本要求：

了解计算固体力学和有限元方法的发展历史；熟练掌握Galerkin加权余量法；掌握弹性力学的变分原理；熟练掌握能量原理求解弹性力学问题的思路和步骤；掌握1维杆单元的推导过程、1维形函数的构造方法以及坐标系的转换方法；熟练掌握总刚度矩阵和质量矩阵的拼装过程、各种边界条件处理技术以及载荷向量的拼装方法；熟练掌握半带宽、Skyline和稀疏矩阵存储技术；了解大型线性方程组求解方法；掌握梁单元、壳单元、杆单元、3D单元有限元列式建立的理论过程；熟练掌握有限元程序的一般框架，并能利用现有Matlab有限元程序进行算例分析；了解计算力学的若干前沿问题。

课程考核方式和成绩计算评定：

1．考核方式：考试（√）；考查（）

2．成绩评定：

总评成绩构成：平时考核（60）％；中期考核（）％；期末考核（40）％

平时成绩构成：考勤考纪（10）％；作业（10）％；读书报告（40）％；实践环节（40）％

课程内容及详细教学计划：

授课内容（细化到章、节、目）

教学目标

授课模式（指传统讲授、讨论、多媒体教学等）

有限元方法的历史与发展现状、商用有限元软件简介、一些有限元在结构工程中应用案例

了解有限元的发展历史和现有方法使用范围，以及学习有限元方法的重要性和必要性

多媒体教学、讨论

Galerkin加权余量法、变分原理

熟练掌握Galerkin加权余量法、掌握弹性力学的变分原理

多媒体教学

变分原理（续）

掌握弹性力学的变分原理、熟练掌握能量原理求解弹性力学问题的思路和步骤

多媒体教学

杆单元的理论推导（1维、2维和3维）

掌握1维杆单元的推导过程、掌握1维形函数的构造方法、掌握坐标系的转换方法

多媒体教学

总刚度矩阵和质量矩阵的拼装、边界条件处理技术、载荷向量的拼装

熟练掌握总刚度矩阵和质量矩阵的拼装过程、熟练掌握各种边界条件处理技术、熟练掌握载荷向量的拼装方法

多媒体教学

总刚度矩阵和质量矩阵的存储技术、线性方程组的求解方法概述

熟练掌握半带宽、skyline和稀疏矩阵存储技术，了解大型线性方程组求解方法

多媒体教学

杆单元的程序实现及数值算例

熟练掌握有限元程序的一般框架，能利用现有Matlab程序进行算例分析

多媒体教学、讨论

2维单元有限元列式的建立

掌握2维单元有限元列式建立的理论过程

多媒体教学

程序实现及数值算例

掌握2维有限元程序的一般框架，能利用现有Matlab程序进行算例分析

多媒体教学、讨论

3维单元有限元列式的建立

掌握3维单元有限元列式建立的理论过程

多媒体教学

程序实现及数值算例

掌握3维有限元程序的一般框架，能利用现有Matlab程序进行算例分析

多媒体教学、讨论

梁单元有限元列式的建立

掌握梁单元有限元列式建立的理论过程

多媒体教学

程序实现及数值算例

掌握梁单元有限元程序的一般框架，能利用现有Matlab程序进行算例分析

多媒体教学、讨论

板壳单元有限元列式的建立

掌握板壳单元有限元列式建立的理论过程

多媒体教学

程序实现及数值算例

掌握板壳单元有限元程序的一般框架，能