第一章 有限元基礎(chǔ)知識(shí)1

有限元法及應(yīng)用

FEM(TheFiniteElementMethod)andApplication講授：楊銳

TelQ:457736244一、課程性質(zhì)、地位和任務(wù)有限元法是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中的一種重要方法之一，是求解數(shù)理方程的一種數(shù)值計(jì)算方法，也是解決工程實(shí)際問(wèn)題的一種有力的數(shù)值計(jì)算工具。本課程主要學(xué)習(xí)有限元法的基本思想和基本原理、桿系結(jié)構(gòu)的有限元法、平面剛架問(wèn)題的有限元法、彈性力學(xué)平面問(wèn)題的有限元法、平面等參數(shù)單元的有限元法以及采用ANSYS軟件解決相關(guān)工程實(shí)際問(wèn)題，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備的設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)。一、課程性質(zhì)、地位和任務(wù)有限元法及應(yīng)用是農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程專業(yè)碩士研究生一門學(xué)位課。其先修課程主要有：工程數(shù)學(xué)、工程力學(xué)。二、教學(xué)基本內(nèi)容(共32學(xué)時(shí))第一章

有限元法的基礎(chǔ)知識(shí)(3h)第一節(jié)

概述第二節(jié)有限元法及其發(fā)展第二節(jié)*

有限元法的基本理論第三節(jié)*

有限元法的求解方法與步驟第四節(jié)

有限元法求解實(shí)例（桁架）二、教學(xué)基本內(nèi)容第二章有限元法應(yīng)用中的若干問(wèn)題(3h)

第一節(jié)有限元模型的建立第二節(jié)*單元?jiǎng)澐值幕驹瓌t第三節(jié)有限元分析過(guò)程及位移解的下限性質(zhì)第四節(jié)*應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的性質(zhì)和處理二、教學(xué)基本內(nèi)容第三章

平面剛架的有限元法(4h)第一節(jié)

概述第二節(jié)*

單元?jiǎng)偠染仃嚨慕⒌谌?jié)

求總體剛度矩陣第四節(jié)

位移的求解二、教學(xué)基本內(nèi)容第四章

彈性力學(xué)平面問(wèn)題的有限元法(4h)第一節(jié)

彈性力學(xué)的基本方程第二節(jié)*

單元?jiǎng)偠染仃嚨慕⒌谌?jié)

總體剛度矩陣的集成第四節(jié)

總體剛度矩陣的求解第五節(jié)

其他二、教學(xué)基本內(nèi)容第五章

其他常用單元的剛度矩陣(2h)第一節(jié)

三棱圓環(huán)單元的剛度矩陣第二節(jié)

等參數(shù)單元的剛度矩陣第三節(jié)

平面四邊形單元的剛度矩陣二、教學(xué)基本內(nèi)容第六章

有限元法與ANSYS應(yīng)用軟件(16h)第一節(jié)ANSYS圖形用戶界面第二節(jié)ANSYS分析的基本步驟第三節(jié)創(chuàng)建有限元模型第四節(jié)加載、求解、結(jié)果處理第五節(jié)實(shí)例分析*上機(jī)實(shí)驗(yàn)課（6h）三、教學(xué)方法與目的理論與實(shí)踐相結(jié)合；（先理論部分講解，后結(jié)合軟件應(yīng)用講解工程中的實(shí)際問(wèn)題）涉及有關(guān)基礎(chǔ)理論的概念和計(jì)算公式簡(jiǎn)要介紹，重在系統(tǒng)地分析、求解過(guò)程和后續(xù)的處理；掌握有限元結(jié)構(gòu)分析的基本原理,學(xué)會(huì)用有限元法解決工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的方法和步驟,對(duì)有限元結(jié)構(gòu)分析軟件有初步了解。四、教學(xué)參考書及網(wǎng)站

主要教學(xué)用書1.黃國(guó)全.有限元法基礎(chǔ)及ANSYS應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社,2004年6月2.王勖成.有限單元法.清華大學(xué)出版社.2003年7月3.張立新.ANSYS7.0基礎(chǔ)教程.機(jī)械工業(yè)出版社.2004年3月學(xué)習(xí)網(wǎng)站萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)維普中文期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)http://

四、教學(xué)參考書及網(wǎng)站參考資料梁清香.有限元與MARC實(shí)現(xiàn).機(jī)械工業(yè)出版社.2003年1月龍卷飛.有限元法新論（原理.程序.進(jìn)展.）中國(guó)水利水電出版社.2001年7月農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)相關(guān)論文農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)相關(guān)論文機(jī)械工程學(xué)報(bào)相關(guān)論文第一章有限元法的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)概述一、為什么需要有限元？隨著生產(chǎn)的發(fā)展，不斷要求設(shè)計(jì)高質(zhì)量、高水平的大型、復(fù)雜和精密的機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)。在實(shí)踐中人們也逐漸認(rèn)識(shí)到要達(dá)到正確的、高水平的設(shè)計(jì)，就必須預(yù)先通過(guò)有效的計(jì)算手段確切的了解即將誕生的機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)在未來(lái)工作時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變及位移等情況，從多種可能的方案中去選擇合乎要求的方案。一、為什么需要有限元？但是，傳統(tǒng)的一些方法往往難于完成對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題的有效分析。彈性力學(xué)的經(jīng)典理論對(duì)于幾何上復(fù)雜、不規(guī)則邊界、有裂縫或厚度突變以及幾何非線性、材料非線性等問(wèn)題往往解決很困難；優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等也難或根本無(wú)法解決。二、有限元的作用減少模型試驗(yàn)的數(shù)量；（計(jì)算機(jī)模擬允許對(duì)大量的假設(shè)情況進(jìn)行快速而有效的試驗(yàn)）模擬不適合在原型上試驗(yàn)的設(shè)計(jì)；（例如：器官移植、人造膝蓋）節(jié)省費(fèi)用，降低設(shè)計(jì)與制造、開發(fā)的成本；節(jié)省時(shí)間，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間和周期；創(chuàng)造出更可靠、高品質(zhì)的設(shè)計(jì)。三、物理系統(tǒng)舉例

幾何體