《有限元基础及应用》实验教学大纲

课程代码：VEEN2015                   课程学分：2.5

课程名称（中/英）：有限元基础及应用/ FEM Basic and Applied                        

课程学时：54                         实验学时：18

适用专业：车辆工程

实验室名称：车辆工程实验室

一、课程简介

有限元法已经成为机械工程、航空航天工程、土木建筑和车辆工程等等专业的必修课或选修课，也是广大工程技术人员从事产品开发、设计、分析，以及生产服务的重要工具。本课程的主要内容分为两大部分：有限元分析方法基础知识和对ANSYS、程序的应用基础。有限元方法主要是介绍绪论，有限元分析的直接刚度法，弹性力学的基础知识，平面问题的有限元法（包括三角形单元和矩阵单元），等参数单元。程序的应用基础主要是ANSYS软件的应用。内容由浅入深，通俗易懂，结合实践应用分析，培养学生理论联系实际和解决实际问题的能力。

二、实验项目及学时分配

三、实验内容及教学要求

1. 杆梁结构静力学元分析

内容：ANSYS软件界面介绍。以四杆桁架及三梁平面框架为例，建立结构模型；输入材料参数、边界条件及载荷条件；选择单元类型；计算并输出数值结果。

要求：掌握ANSYS软件的基本操作界面和主要分析过程；学会ANSYS软件的结构静力分析，加深对有限单元的理解和应用；实验数据与理论结果比较检验单元的有效性和精度。

2. 简单平面问题的有限元

内容：以3节点三角形单元及4节点四边形单元分析简单矩形平面问题。建立结构模型；输入材料参数、边界条件及载荷条件；选择单元类型；计算并输出数值结果。

要求：掌握ANSYS软件的平面结构问题的操作界面和主要分析过程；学会ANSYS软件不同单元的结构静力分析，加深对有限单元的理解和应用；实验数据与理论结果比较检验单元的有效性和精度。

3. 一般平面问题的有限元

内容：以高阶三角形单元及高阶四边形单元分析一般结构的平面问题。建立结构模型；输入材料参数、边界条件及载荷条件；选择单元类型；计算并输出数值结果。

要求：进一步掌握ANSYS软件的平面结构问题的操作界面和主要分析过程；学会ANSYS软件不同单元的不同阶的结构静力分析，加深对有限单元的h-p收敛方法的理解和应用；实验数据与理论结果比较检验单元的有效性、收敛性和精度。

4. 结构振动模态分析

内容：以桥梁框架和高层建筑为例，建立结构模型；输入材料参数及边界条件等前处理参数；选择单元类型；输出特征值并给出各阶模态图。

要求：学会ANSYS软件的动力学分析，加深对结构模态空间的理解和应用；实验数据与理论结果比较检验单元的有效性和精度。

5. 梁板壳结构的动力学

内容：以梁板壳复杂结构为例，建立结构模型；输入材料参数及边界条件等前处理参数；根据结构选择单元类型；输出应力分析及动力响应图表。

要求：学会通过ANSYS软件对较复杂结构如何正确使用单元并进行综合分析（静态及动力学）。

6.传热过程的有限元分析

内容：温度变化下的结构热应力进行有限元分析。以杆件和板结构为例，建立结构模型；输入材料参数、热边界条件及位移边界条件等前处理参数；根据结构选择单元类型；输出应力分析及温度分布。

要求：学会通过ANSYS软件对结构受到热影响下的热应力进行分析的过程。由此推广到应用ANSYS软件对多物理场结构的力学分析。

四、考核方式及要求

1、实验报告：

(1) 实验步骤书写完整、整齐，绘图清楚准确；

(2) 对实验结果进行分析并对出现的误差应扼要地说明原因；

2、考核方式

课程实验的考核方式：实验操作及实验报告等。

课程实验考核成绩的确定：本课程实验不作为单独课程进行考核，实验教学部分成绩占课程总成绩的30-40%。

五、主要仪器设备及现有台套数

1、计算机(现有30台)

2、ANSYS软件

六、教材及参考书

1. 教材：曾攀主编，《工程有限元方法》，科学出版社，2010.

2、参考书：

[1] 张力主编，《有限元法及ANSYS程序应用基础》，北京：科学出版社，2008年

[2] 周昌玉，贺小华，有限元分析的基本方法及工程应用，北京：化学工业出版社，2006

[3] 徐芝伦，弹性力学简明教程（第三版）北京：高等教育出版社，2002

[4] 黄国权，有限元法基础及ANSYS应用，北京：机械工业出版社，2004