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《CAE分析技術(shù)與工程應(yīng)用》教學(xué)大綱 課程編號(hào)：004204 課程性質(zhì)：素質(zhì)教育課（限60人） 先修課程：有限元基礎(chǔ)與應(yīng)用 學(xué)分：1.5 總學(xué)時(shí)數(shù)：24 理論：6 上機(jī)：18 課外：48 開課學(xué)期：第六學(xué)期 適合層次：本科 適合專業(yè)：車輛工程；熱能動(dòng)力；機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，材料工程等 一、課程的目的與任務(wù) 有限元分析技術(shù)使得傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析成為歷史，實(shí)現(xiàn)真正意義上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，工程設(shè)計(jì)的理念、思想和方法正在發(fā)生著深刻的變革。CAE技術(shù)中應(yīng)用廣泛的ANSYS是世界上最大的有限元分析軟件之一，在工程領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。本課程是為機(jī)械類本科生開設(shè)的一門專業(yè)選修課，主要通過理論教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠更深層次的掌握有限元法的基本原理和方法，能夠正確使用ANSYS產(chǎn)品并經(jīng)過大量實(shí)踐，不斷提高和積累經(jīng)驗(yàn)，最終達(dá)到靈活運(yùn)用的程度，并能夠利用CAE技術(shù)對(duì)簡(jiǎn)單汽車零部件進(jìn)行有限元分析。為學(xué)習(xí)相關(guān)后續(xù)課程乃至從事CAE工作打下良好的基礎(chǔ)。 二、教學(xué)基本內(nèi)容、教學(xué)和實(shí)驗(yàn)要求 （一）教學(xué)基本內(nèi)容 1、ANSYS基本分析過程技術(shù) 1.1 實(shí)體建模 1.2 網(wǎng)格劃分 1.3 加載與求解 1.4 后處理 2、ANSYS軟件進(jìn)階技術(shù) 2.1 選擇、表面效應(yīng)單元 2.2 耦合、約束方程、剛性區(qū) 2.3 梁?jiǎn)卧? 2.4 模態(tài)分析 3、汽車典型零部件簡(jiǎn)化模型的有限元分析 3.1 連桿的有限元分析 3.2 鋼板彈簧的有限元分析 3.3 車架縱梁的有限元分析 3.4 轉(zhuǎn)向節(jié)臂的有限元分析 3.5 制動(dòng)鼓的有限元分析 4、兩個(gè)自選題目的選題及方案探討 4.1基于具有理論解的自選題目 4.2 基于工程實(shí)際的自選題目 （二）教學(xué)和實(shí)驗(yàn)要求 重點(diǎn)為掌握的內(nèi)容。 1）掌握工作平面、坐標(biāo)系相關(guān)概念。掌握建模的基本方法。熟練的掌握并運(yùn)用布爾運(yùn)算編輯圖元。了解ANSYS的CAD接口功能。難點(diǎn)：如何選擇恰當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)復(fù)雜實(shí)體進(jìn)行建模。 2）熟練掌握針對(duì)不同力學(xué)問題應(yīng)選擇的單元類型。掌握單元關(guān)鍵字設(shè)置和實(shí)常數(shù)的輸入。掌握自由網(wǎng)格劃分的方法。了解映射網(wǎng)格和掃掠網(wǎng)格的方法。難點(diǎn)：?jiǎn)卧杂啥?；網(wǎng)格的布局；過渡單元。 3）掌握各種載荷的施加方法。了解不同分析類型的力學(xué)意義。了解求解器的選擇。難點(diǎn)：重力的施加；節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系；對(duì)稱約束；檢查模型。 4）掌握通用后處理器的處理方法，包括變形圖、應(yīng)力圖、列表、動(dòng)畫、誤差分析等等。了解路徑顯示結(jié)果。難點(diǎn)：評(píng)價(jià)結(jié)果；結(jié)果坐標(biāo)系；能量誤差。 5）掌握各種類型的選擇功能的應(yīng)用。掌握表面效應(yīng)單元的應(yīng)用方法。了解表面效應(yīng)單元的理論。掌握單元表應(yīng)用的步驟。難點(diǎn)：何時(shí)應(yīng)用表面效應(yīng)單元；正確使用單元幫助建立單元表。 6）掌握耦合和剛性區(qū)的意義和用法。了解約束方程。掌握BEAM188單元。掌握模態(tài)分析的步驟和意義。掌握模態(tài)分析注意事項(xiàng)。了解模態(tài)分析的求解方法。難點(diǎn)：剛性區(qū)；BEAM188前后處理及單元特性；模態(tài)分析的工程意義。 7）學(xué)生以小組形式完成兩個(gè)汽車典型零部件簡(jiǎn)化模型的有限元分析，并通過文獻(xiàn)閱讀寫出一份分析計(jì)算說明書。要求學(xué)生比較全面的掌握ANSYS進(jìn)階建模技術(shù)。掌握如何利用力學(xué)理論對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行結(jié)果評(píng)判。初步掌握汽車零部件從幾何、受力、材料、約束等方面如何抽取力學(xué)模型。初步掌握文獻(xiàn)閱讀和撰寫報(bào)告的能力。了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容。難點(diǎn)：力學(xué)模型建立；方案分析；結(jié)果評(píng)價(jià)；邊界條件評(píng)判 8）學(xué)生以小組形式完成兩個(gè)自選題目的有限元分析，并寫出兩份分析計(jì)算說明書。掌握與自選題目相關(guān)的力學(xué)知識(shí)，并能計(jì)算理論解。掌握利用理論解指導(dǎo)有限元模型的修改和糾錯(cuò)。掌握簡(jiǎn)單工程問題的強(qiáng)度、剛度、模態(tài)的分析。 三、學(xué)時(shí)分配 序號(hào) 課 程 內(nèi) 容 學(xué)時(shí)分配 講課 上機(jī) 課外 小計(jì) 1 CAE基本分析過程技術(shù) 2 5 6 13 2 ANSYS軟件進(jìn)階技術(shù) 2 7 6 15 3 汽車典型零部件簡(jiǎn)化模型的有限元分析 1 6 15 22 4 兩個(gè)自選題目的選題及方案探討 1 21 22 合 計(jì) 6 18 48 24+48 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置及學(xué)時(shí)分配 上機(jī)學(xué)時(shí) 16學(xué)時(shí) 應(yīng)開實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目個(gè)數(shù) 9 序號(hào) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱 實(shí)驗(yàn)要求 學(xué)時(shí)分配 實(shí)驗(yàn)類型 備注 1 實(shí)體建模 必做 2學(xué)時(shí) 驗(yàn)證型 2 網(wǎng)格劃分 必做 1學(xué)時(shí) 驗(yàn)證型 3 加載求解 必做 1學(xué)時(shí) 驗(yàn)證型 4 后處理 必做 1學(xué)時(shí) 綜合型 5 選擇、表面效應(yīng)單元 必做 2學(xué)時(shí) 綜合型 6 耦合、約束方程、剛性區(qū) 必做 2學(xué)時(shí) 綜合型 7 梁?jiǎn)卧? 必做 1學(xué)時(shí) 綜合型 8 模態(tài)分析 必做 2學(xué)時(shí) 綜合型 9 汽車典型零部件簡(jiǎn)化模型的有限元分析 必做 6學(xué)時(shí) 設(shè)計(jì)型 五選一 五、課程有關(guān)說明 1. 本課程信息量很大，要求學(xué)生課內(nèi)外學(xué)習(xí)相結(jié)合，積極拓展課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高綜合素質(zhì)。組織和指導(dǎo)該班學(xué)生參加大學(xué)生科研立項(xiàng)、大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)立項(xiàng)、全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽以及節(jié)能車和F1賽車有關(guān)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)等活動(dòng)。 2. 考核方式：平時(shí)成績(jī)（10%）；汽車典型零部件簡(jiǎn)化模型有限元分析計(jì)算說明書（20%）；基于具有理論解的有限元分析計(jì)算說明書（20%）；基于工程實(shí)際的有限元分析計(jì)算說明書（20%）；自選題目答辯（30%） 六、建議參考書目 1. 馬迅.《有限元法基礎(chǔ)與應(yīng)用》. 湖北汽車工業(yè)學(xué)院校內(nèi)講義.2005.8 2. 馬迅. 《ANSYS上機(jī)指南》. 湖北汽車工業(yè)學(xué)院校內(nèi)講義.2007.8 3. ANSYS9.0經(jīng)典產(chǎn)品基礎(chǔ)教程與實(shí)詳解，博弈創(chuàng)作室編著，中國(guó)水利水電出版社 4. ANSYS入門手冊(cè) 5. ANSYS進(jìn)階教程 6. 汽車設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社 7. 汽車構(gòu)造，人民交通出版社 8. 汽車有限元法，，譚繼錦主編，人民交通出版社 9. ANSYS實(shí)例分析教程，機(jī)械工業(yè)出版社 10. ANSYS機(jī)械工程應(yīng)用實(shí)例；周寧主編、冼進(jìn)主審；中國(guó)水利水電出版社。 11. 使用ANSYS6.0進(jìn)行有限元分析，譚建國(guó)編著，北京大學(xué)出版社 12. ANSYS工程結(jié)構(gòu)實(shí)用案例分析，李衛(wèi)民等編著，化學(xué)工業(yè)出版社 13. ANSYS機(jī)械工程應(yīng)用25例，高耀東、郭喜平主編，電子工業(yè)出版社 制訂人：尹長(zhǎng)城 2011年2月16日 審核人：馬 迅 2011年2月26日