有限元基础
Finite Element Method
一、课程基本信息
学 时:32
学 分:2
考核方式:考试,平时成绩占总成绩的30%。
中文简介:《有限元基础》是土木工程专业的一门专业选修课。讲解有限元法的基本原理和基本方法,强调有限元法程序的编写。全书由绪论、6章组成,介绍了有限元法的发展、现状及应用领域,弹性力学基本方程与虚功原理的矩阵表示,弹性一维问题有限元法,弹性力学平面问题有限元法及程序设计,平面杆系结构有限元法及其程序设计,精密平面单元和三维单元以及非线性问题的有限元解法。
二、教学目的与要求
本课程是土木工程专业选修课。通过教学,让学生掌握弹性一维问题有限元法,弹性力学平面问题有限元法及程序设计,平面杆系结构有限元法及其程序设计,精密平面单元和三维单元以及非线性问题的有限元解法。通过一些典型有限元法与程序设计的分析讨论,让学生具有有限元技术入门基础知识,初步培养学生利用有限元法处理与解决工程问题能力。
三、教学方法与手段
以课堂讲授为主,结合有限元法程序设计案例课堂讨论与训练的教学方法。
四、教学内容及目标
教学内容 |
教学目标 |
学时 分配 |
绪论 |
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2 |
1. 概述 |
了解 |
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2. 有限元法的发展与现状 |
了解 |
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3. 有限元法的应用领域 |
了解 |
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重点与难点: 重点:有限元法的发展与现状,有限元法的应用领域。 难点:有限元法的应用领域。 |
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衡量学习是否达到目标的标准: 了解有限元法的发展、现状及应用领域。 |
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第一章 弹性力学基本方程与虚功原理的矩阵表示 |
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4 |
1. 弹性力学的基本方程 |
掌握 |
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2. 弹性体的虚功原理 |
掌握 |
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重点与难点: 重点:弹性力学基本方程与虚功原理的矩阵表示。 难点:弹性体的虚功原理。 |
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衡量学习是否达到目标的标准: 掌握弹性力学基本方程与虚功原理的矩阵表示。 |
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第二章 弹性体一维问题有限元法 |
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4 |
1. 一维问题有限元法算例 |
掌握 |
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2. 弹性力学问题有限元法的基本方法和步骤 |
理解 |
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重点与难点: 重点:一维问题有限元法算例,弹性力学问题有限元法的基本方法和步骤。 难点:一维问题有限元法算例。 |
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衡量学习是否达到目标的标准:掌握弹性体一维问题有限元法。 |
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第三章 弹性力学平面问题有限元法及程序设计 |
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8 |
1. 连续弹性体的离散化——三角形常应变单元 |
理解 |
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2. 单元位移函数和形函数 |
掌握 |
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3. 单元荷载移置和荷载列矩阵 |
掌握 |
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4. 单元应变矩阵和单元应力矩阵 |
掌握 |
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5. 单元刚度矩阵 |
掌握 |
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6. 总体刚度矩阵 |
掌握 |
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7. 零位移约束的处理 |
掌握 |
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8. 线性代数方程组的解法 |
掌握 |
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9. 平面问题有限元法程序设计(FORTRAN) |
掌握 |
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重点与难点: 重点:弹性力学平面问题有限元法及程序设计。 难点:弹性力学平面问题有限元法。 |
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衡量学习是否达到目标的标准:掌握弹性力学平面问题有限元法及程序设计。 |
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第四章 平面杆系结构有限元法及其程序设计 |
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6 |
1. 一般单元 |
掌握 |
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2. 轴力单元 |
掌握 |
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3. 单元刚度矩阵的坐标变换 |
掌握 |
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4. 平面刚架有限元程序(FORTRAN) |
理解 |
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重点与难点: 重点:平面杆系结构有限元法及其程序设计。 难点:平面杆系结构有限元法。 |
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衡量学习是否达到目标的标准:掌握平面杆系结构有限元法及其程序设计。 |
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第五章 精密平面单元和三维单元 |
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4 |
1. 平面矩形单元 |
掌握 |
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2. 平面八节点四边形等参数单元 |
理解 |
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3. 四面体单元 |
理解 |
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4. 空间八节点六面体等参数单元 |
理解 |
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重点与难点: 重点:精密平面单元和三维单元。 难点:空间八节点六面体等参数单元。 |
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衡量学习是否达到目标的标准:理解精密平面单元和三维单元。 |
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第六章 非线性问题的有限元解法 |
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4 |
1. 增量切线刚度法 |
理解 |
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2. 增量初应力法 |
理解 |
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3. 增量初应变法 |
理解 |
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重点与难点: 重点:增量切线刚度法、增量初应力法、增量初应变法。 难点:非线性问题的有限元解法。 |
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衡量学习是否达到目标的标准: 理解非线性问题的有限元解法。 |
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五、推荐教材和教学参考资源
推荐教材
王贵君. 有限元法基础. 北京:水利水电出版社,2011
参考书目
1、曾森, 王焕定,陈再现. 有限单元法基础及MATLAB编程(第3版). 北京:高等教育出版社,2016;
2、[美]Daryl L. Logan(D. L. 洛根). 有限元方法基础教程(国际单位制版)(第五版). 北京:电子工业出版社,2014;
3、王新荣,陈永波,李小海,颜兵兵. 有限元法基础及ANSYS应用. 北京:科学出版社出版,2008;
大纲修订人:赵甲荐 修订日期:2018年1月
大纲审定人: 审定日期: