《有限元分析及工程應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

《有限元分析及工程應(yīng)用》課程教學(xué)大綱一、課程基本情況課程代碼：101134223408課程名稱（中/英文）：有限元分析及工程應(yīng)用/FiniteElementAnalysisandEngineeringApplication課程類別：專業(yè)核心課程學(xué)分：2總學(xué)時：32理論學(xué)時：24實驗/實踐學(xué)時：8適用專業(yè)：焊接技術(shù)與工程適用對象：本科先修課程：高等數(shù)學(xué)，線性代數(shù)，大學(xué)物理，工程力學(xué)教學(xué)環(huán)境：多媒體教室開課學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院二、課程簡介1.課程任務(wù)與目的《有限元分析及工程應(yīng)用》課程是焊接技術(shù)與工程專業(yè)本科生的一門專業(yè)核心課。本課程主要講授有限元分析方法及ANSYS軟件應(yīng)用。作為結(jié)構(gòu)分析的三大手段之一（試驗、理論分析、數(shù)值模擬），有限元分析是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬手段，尤其是隨著計算機(jī)技術(shù)、圖形處理技術(shù)、CAE技術(shù)以及商用有限元分析軟件的大力發(fā)展，有限元分析在各個領(lǐng)域（包括造船、海洋、航天、航空、機(jī)械、土木、能源等）得到了廣泛的應(yīng)用。因此學(xué)習(xí)和掌握有限元分析的基本原理和方法，對于將來從事工程技術(shù)工作的工科學(xué)生來說是一個不可缺少的環(huán)節(jié)。通過本課程的學(xué)習(xí)，希望學(xué)生能夠掌握有限元分析的基本原理和方法。結(jié)合上機(jī)實驗，使學(xué)生掌握有限元的基本分析流程，并能夠借助于商用有限元軟件，解決一些簡單的焊接結(jié)構(gòu)分析問題，從而為學(xué)生今后在工作崗位上應(yīng)用有限元方法解決具體的工程實際問題，打下良好的基礎(chǔ)。在課程教學(xué)過程中，注重學(xué)生專業(yè)能力培養(yǎng)與人格養(yǎng)成，注重立德樹人，培育學(xué)生的社會主義核心價值觀領(lǐng)，傳承民族精神，恪守職業(yè)道德，激發(fā)學(xué)生工業(yè)興國、愛國熱情。2.對接培養(yǎng)的崗位能力使學(xué)生掌握有限元分析的基本原理和方法，具備使用ANSYS軟件進(jìn)行焊接數(shù)值模擬的能力。課程教學(xué)目標(biāo)1.課程對畢業(yè)要求的支撐[畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.2]能夠綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識對焊接技術(shù)領(lǐng)域工程典型問題進(jìn)行分析建模。[畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)5.2]能夠根據(jù)現(xiàn)代焊接技術(shù)方法，開發(fā)或選擇使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源、工程工具，對焊接加工領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，進(jìn)行分析、計算與設(shè)計。2.課程教學(xué)目標(biāo)對應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，具體內(nèi)容如下教學(xué)目標(biāo)1：掌握有限元分析的基本理論、方法、步驟和流程，具備將典型焊接工程問題歸結(jié)為有限元計算模型的能力，能夠運(yùn)用有限元方法進(jìn)行焊接數(shù)值模擬。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.2）教學(xué)目標(biāo)2：運(yùn)用有限元分析對焊接工程設(shè)計方案進(jìn)行分析、論證、評價和優(yōu)化創(chuàng)新。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)5.2）四、教學(xué)課時安排（一）學(xué)時分配主題或知識點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時學(xué)時完成課程教學(xué)目標(biāo)講課實驗實踐主題1概述2201、2主題2桿結(jié)構(gòu)有限元分析5321、2主題3梁結(jié)構(gòu)有限元分析5321、2主題4平面問題有限元分析10821、2主題5實體結(jié)構(gòu)有限元分析4221、2主題6熱傳遞問題有限元分析6601、2合計32248（二）實踐教學(xué)安排（指含有實驗或?qū)嵺`內(nèi)容的課程）序號實驗/實踐項目名稱實驗/實踐學(xué)時實驗/實類型實驗/實踐要求每組人數(shù)備注1梁、桿結(jié)構(gòu)實例分析4必做12平面問題及實體結(jié)構(gòu)實例分析4必做1五、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)設(shè)計主題或知識點(diǎn)1概述主要介紹有限元法基本概念、基本思想、發(fā)展過程和現(xiàn)狀，有限元法的優(yōu)缺點(diǎn)，使用有限元法解決實際工程問題的案例介紹及常用商業(yè)軟件。引導(dǎo)學(xué)生樹立工匠精神，培養(yǎng)他們在學(xué)習(xí)和工作中精益求精的態(tài)度，不斷提升自己的專業(yè)技能。理解有限元法的基本思想。理解有限元法的優(yōu)缺點(diǎn)。計（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）授課、啟發(fā)式教學(xué)，采用多媒體和板書相結(jié)合。主題或知識點(diǎn)2桿結(jié)構(gòu)有限元分析彈簧和桿結(jié)構(gòu)單元的劃分、單元自由度的選擇、單元剛度矩陣的推導(dǎo)、單元剛度矩陣的坐標(biāo)變換、總體剛度矩陣的組裝、約束和荷載的處理、ANSYS軟件有限元分析流程。引導(dǎo)學(xué)生樹立工匠精神，培養(yǎng)他們在學(xué)習(xí)和工作中精益求精的態(tài)度，不斷提升自己的專業(yè)技能。單元剛度矩陣的推導(dǎo)、單元剛度矩陣的坐標(biāo)變換、總體剛度矩陣的組裝。單元剛度矩陣的坐標(biāo)變換、總體剛度矩陣的組裝、約束和荷載的處理。（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）授課、啟發(fā)式教學(xué)，采用多媒體和板書相結(jié)合。主題或知識點(diǎn)3梁結(jié)構(gòu)有限元分析梁結(jié)構(gòu)單元的劃分、單元自由度的選擇、單元剛度矩陣的推導(dǎo)、單元剛度矩陣的坐標(biāo)變換、總體剛度矩陣的組裝、約束和荷載的處理、ANSYS軟件有限元分析流程。引導(dǎo)學(xué)生樹立工匠精神，培養(yǎng)他們在學(xué)習(xí)和工作中精益求精的態(tài)度，不斷提升自己的專業(yè)技能。單元剛度矩陣的推導(dǎo)、單元剛度矩陣的坐標(biāo)變換、總體剛度矩陣的組裝。單元剛度矩陣的坐標(biāo)變換、總體剛度矩陣的組裝、約束和荷載的處理。（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）授課、啟發(fā)式教學(xué)，采用多媒體和板書相結(jié)合。主題或知識點(diǎn)4平面問題有限元分析彈性力學(xué)的基本假定、基本概念和基本方程、三角形單元、矩形單元、位移函數(shù)、形函數(shù)及其性質(zhì)、單元剛度矩陣的推導(dǎo)、總體剛度矩陣的組裝、ANSYS軟件有限元分析流程。引導(dǎo)學(xué)生樹立工匠精神，培養(yǎng)他們在學(xué)習(xí)和工作中精益求精的態(tài)度，不斷提升自己的專業(yè)技能。彈性力學(xué)的基本假定、基本概念和基本方程、三角形單元、矩形單元、位移函數(shù)、形函數(shù)及其性質(zhì)。彈性力學(xué)的基本假定、基本概念和基本方程、單元剛度矩陣的推導(dǎo)、總體剛度矩陣的組裝、形函數(shù)及其性質(zhì)。（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）授課、啟發(fā)式教學(xué)，采用多媒體和板書相結(jié)合。主題或知識點(diǎn)5實體結(jié)構(gòu)有限元分析拉格朗日插值公式、等參數(shù)單元的基本概念、等參數(shù)單元的單元分析、等參數(shù)坐標(biāo)變換、等參數(shù)變換的條件、等參數(shù)單元剛度矩陣、數(shù)值積分、實體結(jié)構(gòu)的有限元分析。引導(dǎo)學(xué)生樹立工匠精神，培養(yǎng)他們在學(xué)習(xí)和工作中精益求精的態(tài)度，不斷提升自己的專業(yè)技能。等參數(shù)單元的單元分析、等參數(shù)坐標(biāo)變換、等參數(shù)單元剛度矩陣、數(shù)值積分、實體結(jié)構(gòu)的有限元分析。等參數(shù)坐標(biāo)變換、等參數(shù)單元剛度矩陣、數(shù)值積分。（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）授課、啟發(fā)式教學(xué)，采用多媒體和板書相結(jié)合。主題或知識點(diǎn)6熱傳遞問題有限元分析熱傳導(dǎo)微分方程、非穩(wěn)態(tài)條件下的熱傳導(dǎo)、熱傳導(dǎo)單元的推導(dǎo)、一維熱傳導(dǎo)問題、二維熱傳導(dǎo)問題。引導(dǎo)學(xué)生樹立工匠精神，培養(yǎng)他們在學(xué)習(xí)和工作中精益求精的態(tài)度，不斷提升自己的專業(yè)技能。傳導(dǎo)微分方程、熱傳導(dǎo)單元的推導(dǎo)、二維熱傳導(dǎo)問題。熱傳導(dǎo)單元的推導(dǎo)。（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）授課、啟發(fā)式教學(xué)，采用多媒體和板書相結(jié)合。六、學(xué)生成績評定1.課程考核方式及比例本課程考核學(xué)生獲取知識的能力、應(yīng)用所學(xué)知識分析問題和解決問題能力、實踐動手能力和創(chuàng)新能力等；考核方式采用出勤、作業(yè)評測、課堂表現(xiàn)、實驗等多種形式、多個階段的全過程考核，使學(xué)生成績評定更加合理多樣，優(yōu)化課程評價體系，進(jìn)一步提升本課程教學(xué)效果。學(xué)生成績評定表考核方式平時成績期中考試期末考試出勤作業(yè)課堂表現(xiàn)階段測驗答辯項目小論文實驗√√√√成績比例%510520602.課程目標(biāo)考核方式評價權(quán)重課程教學(xué)目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)考核評價方式權(quán)重（%）過程性考核實驗期末考試合計出勤及課堂表現(xiàn)作業(yè)及階段測驗教學(xué)目標(biāo)1指標(biāo)點(diǎn)2.2551010~4530~65教學(xué)目標(biāo)3指標(biāo)點(diǎn)5.2551010~4530~65合計101020601003.成績評價標(biāo)準(zhǔn)平時成績評定及考核標(biāo)準(zhǔn)考核環(huán)節(jié)考核結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)評估項目及權(quán)重優(yōu)秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）出勤及課堂表現(xiàn)（10%）無遲到、早退、曠課現(xiàn)象。積極參加課堂討論，能夠準(zhǔn)確回答問題，并有自己獨(dú)到的見解。偶爾有遲到、早退現(xiàn)象。較為積極參加課堂討論，能夠準(zhǔn)確回答問題，并提出自己的見解。有遲到、早退現(xiàn)象。能夠主動參加課堂討論，能夠回答問題。有遲到、早退現(xiàn)象，偶爾有曠課現(xiàn)象。參與課堂討論，基本能回答相關(guān)問題。遲到、早退、曠課較多。不能有效參加課堂討論，回答不出所有問題。作業(yè)（10%）能夠獨(dú)立完成作業(yè)，作業(yè)完成質(zhì)量優(yōu)秀，能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識和理論解決問題，并獲得正確結(jié)論能夠獨(dú)立完成作業(yè)，完成質(zhì)量較高，能夠運(yùn)用所學(xué)知識和理論解決問題，并獲得正確結(jié)論能夠獨(dú)立完成作業(yè)，完成質(zhì)量符合要求，能夠運(yùn)用所學(xué)知識和理論解決問題，并獲得有效結(jié)論基本能夠獨(dú)立完成作業(yè)，部分題目解答存在抄襲現(xiàn)象，運(yùn)用所學(xué)知識和理論解決問題的能力基本符合要求不能獨(dú)立完成作業(yè)，存在明顯抄襲現(xiàn)象，不具備運(yùn)用所學(xué)知識和理論解決問題的能力實驗（20分%）能夠獨(dú)立完成實驗報告，內(nèi)容完整，數(shù)據(jù)合理，數(shù)據(jù)處理正確，圖表規(guī)范。能夠正確完成實驗報告中提出的問題，并對實驗中遇到的問題進(jìn)行深入的討論。能夠獨(dú)立完成實驗報告，內(nèi)容完整，數(shù)據(jù)合理，數(shù)據(jù)處理正確，圖表基本規(guī)范。能夠完成實驗報告中提出的問題，并對實驗中遇到的問題進(jìn)行討論。能夠完成實驗報告，內(nèi)容完整，數(shù)據(jù)基本合理，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，圖表基本規(guī)范。能夠基本完成實驗報告中提出的問題，并對實驗中遇到的問題進(jìn)行討論?；灸軌蛲瓿蓪嶒瀳蟾?，內(nèi)容完整，數(shù)據(jù)圖表齊全，基本完成實驗報告中提出的問題。不能完成實驗報告，存在抄襲現(xiàn)象，報告中提出的問題沒有或基本沒有回答。課程教學(xué)目標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)考核環(huán)節(jié)考核結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)評估項目及權(quán)重優(yōu)秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）教學(xué)目標(biāo)1非常熟練掌握有限元分析的基本理論、方法、步驟和流程，很好地具備將典型焊接工程問題歸結(jié)為有限元計算模型的能力，能夠很好地運(yùn)用有限元方法進(jìn)行焊接數(shù)值模擬。熟練掌握有限元分析的基本理論、方法、步驟和流程，較好地具備將典型焊接工程問題歸結(jié)為有限元計算模型的能力，能夠較好地運(yùn)用有限元方法進(jìn)行焊接數(shù)值模擬。掌握有限元分析的基本理論、方法、步驟和流程，具備將典型焊接工程問題歸結(jié)為有限元計算模型的能力，能夠運(yùn)用有限元方法進(jìn)行焊接數(shù)值模擬。基本掌握有限元分析的基本理論、方法、步驟和流程，基本具備將典型焊接工程問題歸結(jié)為有限元計算模型的能力，基本能夠運(yùn)用有限元方法進(jìn)行焊接數(shù)值模擬。不能掌握有限元分析的基本理論、方法、步驟和流程，不具備將典型焊接工程問題歸結(jié)為有限元計算模型的能力，不能運(yùn)用有限元方法進(jìn)行焊接數(shù)值模擬。教學(xué)目標(biāo)2能夠非常熟練地運(yùn)用有限元分析對焊接工程設(shè)計方案進(jìn)行分析、論證、評價和優(yōu)化創(chuàng)新。能夠熟練地運(yùn)用有限元分析對焊接工程設(shè)計方案進(jìn)行分析、論證、評價和優(yōu)化。能夠運(yùn)用有限元分析對焊接工程設(shè)計方案進(jìn)行分析、論證和評價?；灸軌蜻\(yùn)用有限元分析對焊接工程設(shè)計方案進(jìn)行分析、論證和評價。不能運(yùn)用有限元分析對焊接工程設(shè)計方案進(jìn)行分析、論證和評價。七、教材、參考書目、重要文獻(xiàn)以及課程網(wǎng)絡(luò)資源建議教材：（1）劉超等主編.有限元分析與ANSYS實踐教程.機(jī)械工業(yè)出版社,2016（2）王新榮主編.ANSYS有限元基礎(chǔ)教程.電子工業(yè)出版社,2019（3）夏建芳編著.有限元法原理與ANSYS應(yīng)用.國防工業(yè)出版社,2011主要參考書：（1）曾攀主編.工程中的有限元方法.科學(xué)出版社,2010（2）田建輝主編.有限元分析及ANSYS18.0工程應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社,2019（3）王正軍主編.ANSYS1