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《CAE分析技術(shù)與工程應(yīng)用》教學大綱 課程編號：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 學分：1.5 總學時數(shù)：24 理論：6 上機：18 課外：48 開課學期：第六學期 適合層次：本科 適合專業(yè)：車輛工程；熱能動力；機械設(shè)計制造及其自動化，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)計分析成為歷史，實現(xiàn)真正意義上的優(yōu)化設(shè)計，工程設(shè)計的理念、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，主要通過理論教學和上機實驗，通過本課程的學習，使學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)過大量實踐，不斷提高和積累經(jīng)驗，最終達到靈活運用的程度，并能夠利用CAE技術(shù)對簡單汽車零部件進行有限元分析。為學習相關(guān)后續(xù)課程乃至從事CAE工作打下良好的基礎(chǔ)。 二、教學基本內(nèi)容、教學和實驗要求 （一）教學基本內(nèi)容 1、ANSYS基本分析過程技術(shù) 1.1 實體建模 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 梁單元 2.4 模態(tài)分析 3、汽車典型零部件簡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 制動鼓的有限元分析 4、兩個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 基于工程實際的自選題目 （二）教學和實驗要求 重點為掌握的內(nèi)容。 1）掌握工作平面、坐標系相關(guān)概念。掌握建模的基本方法。熟練的掌握并運用布爾運算編輯圖元。了解ANSYS的CAD接口功能。難點：如何選擇恰當?shù)姆椒▽?fù)雜實體進行建模。 2）熟練掌握針對不同力學問題應(yīng)選擇的單元類型。掌握單元關(guān)鍵字設(shè)置和實常數(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：單元自由度；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意義。了解求解器的選擇。難點：重力的施加；節(jié)點坐標系；對稱約束；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、動畫、誤差分析等等。了解路徑顯示結(jié)果。難點：評價結(jié)果；結(jié)果坐標系；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：何時應(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。了解模態(tài)分析的求解方法。難點：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）學生以小組形式完成兩個汽車典型零部件簡化模型的有限元分析，并通過文獻閱讀寫出一份分析計算說明書。要求學生比較全面的掌握ANSYS進階建模技術(shù)。掌握如何利用力學理論對實際問題進行結(jié)果評判。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模型。初步掌握文獻閱讀和撰寫報告的能力。了解結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)內(nèi)容。難點：力學模型建立；方案分析；結(jié)果評價；邊界條件評判 8）學生以小組形式完成兩個自選題目的有限元分析，并寫出兩份分析計算說明書。掌握與自選題目相關(guān)的力學知識，并能計算理論解。掌握利用理論解指導(dǎo)有限元模型的修改和糾錯。掌握簡單工程問題的強度、剛度、模態(tài)的分析。 三、學時分配 序號 課 程 內(nèi) 容 學時分配 講課 上機 課外 小計 1 CAE基本分析過程技術(shù) 2 5 6 13 2 ANSYS軟件進階技術(shù) 2 7 6 15 3 汽車典型零部件簡化模型的有限元分析 1 6 15 22 4 兩個自選題目的選題及方案探討 1 21 22 合 計 6 18 48 24+48 實驗項目的設(shè)置及學時分配 上機學時 16學時 應(yīng)開實驗項目個數(shù) 9 序號 實驗項目名稱 實驗要求 學時分配 實驗類型 備注 1 實體建模 必做 2學時 驗證型 2 網(wǎng)格劃分 必做 1學時 驗證型 3 加載求解 必做 1學時 驗證型 4 后處理 必做 1學時 綜合型 5 選擇、表面效應(yīng)單元 必做 2學時 綜合型 6 耦合、約束方程、剛性區(qū) 必做 2學時 綜合型 7 梁單元 必做 1學時 綜合型 8 模態(tài)分析 必做 2學時 綜合型 9 汽車典型零部件簡化模型的有限元分析 必做 6學時 設(shè)計型 五選一 五、課程有關(guān)說明 1. 本課程信息量很大，要求學生課內(nèi)外學習相結(jié)合，積極拓展課堂學習內(nèi)容，提高綜合素質(zhì)。組織和指導(dǎo)該班學生參加大學生科研立項、大學生創(chuàng)新性實驗立項、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽以及節(jié)能車和F1賽車有關(guān)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計等活動。 2. 考核方式：平時成績（10%）；汽車典型零部件簡化模型有限元分析計算說明書（20%）；基于具有理論解的有限元分析計算說明書（20%）；基于工程實際的有限元分析計算說明書（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)學院校內(nèi)講義.2005.8 2. 馬迅. 《ANSYS上機指南》. 湖北汽車工業(yè)學院校內(nèi)講義.2007.8 3. ANSYS9.0經(jīng)典產(chǎn)品基礎(chǔ)教程與實詳解，博弈創(chuàng)作室編著，中國水利水電出版社 4. ANSYS入門手冊 5. ANSYS進階教程 6. 汽車設(shè)計，機械工業(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實例分析教程，機械工業(yè)出版社 10. ANSYS機械工程應(yīng)用實例；周寧主編、冼進主審；中國水利水電出版社。 11. 使用ANSYS6.0進行有限元分析，譚建國編著，北京大學出版社 12. ANSYS工程結(jié)構(gòu)實用案例分析，李衛(wèi)民等編著，化學工業(yè)出版社 13. ANSYS機械工程應(yīng)用25例，高耀東、郭喜平主編，電子工業(yè)出版社 制訂人：尹長城 2011年2月16日 審核人：馬 迅 2011年2月26日