24410066计算力学大学高校课程教学大纲.docx

课程名称：计算力学ComputationalMechanics课程代码：24410066学分：2学时：32（其中：课堂教学学时：32实验学时：上机学时：0课程实践学时：0）先修课程：理论力学、材料力学、弹性力学适用专业：工程力学教材：有限元分析基础、傅永华、武汉大学出版社、2003年第1版开课学院：土木工程与力学学院课程网站：（选填）一、课程性质与课程目标（一）课程性质计算力学是以现代力学、应用数学为基础，以计算机为工具，以数值求解现代工程与科学技术中的力学问题为目标的一门课程。课程主要包括以有限元法为代表的计算力学的基本理论及上机运用计算力学软件求解较为复杂的实际问题两部分，学生学完本课程后，应能掌握有限元法的基本理论和方法、掌握有限元结构分析的基本原理和流程、掌握运用有限元软件解决实际问题的能力。（二）课程目标课程目标1：掌握有限元法的基本理论和方法，能推导建立基本单元的计算列式，了解基本单元的性质和特点；课程目标2：掌握有限元结构分析的基本原理，了解有限元分析程序的流程及框图；课程目标3：能运用有限元软件解决较为复杂的实际问题，能运用有限元基本原理解释所得的结果；课程目标4：了解无网格法等较为先进的计算力学方法（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点2、3、4、5、6,对应关系如下:1 .毕业要求2:了解力学的发展历史、学科前沿和发展趋势；认识力学在经济社会发展与科学技术创新中的先导性和重要推动作用，初步了解力学交叉研究开拓新的学科生长点的能力：2 .毕业要求3:掌握工程力学所需的数学、物理学等基本内容，了解机械工程、材料工程等相关领域的基础知识和挑战，初步具备从中提炼关键力学问题并利用基本力学思维和方法解决问题的能力；3 .毕业要求4：掌握力学基础知识和基本理论。掌握理论力学、材料力学、弹性力学、振动力学，流体力学，计算力学和实验力学的理论体系，初步利用力学思维对自然和工程问题进行机理性和定量化的建模与描述，明确各种力学理论的适用范围与局限性；4 .毕业要求5：掌握基本的力学实验与数值计算技能。前者包括理论力学及材料力学等基础力学实验，结构健康监测和微纳米测试等方面的最新实验技术，后者要求具有使用数值模拟软件或编程计算典型工程力学案例的能力；5 .毕业要求6：初步掌握力学研究的基本方法和手段，具有初步的工程实践能力，初步具备发现、提出、分析和解决与力学有关的工程技术问题的能力。一一课程目标毕业要求指标葭课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4毕业要求2/毕业要求3/毕业要求4/Z/毕业要求5ZZ毕业要求6Z注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入“'，也可标注“H、M、L”。二、课程内容与教学要求（按章撰写）第一章绪论（一）课程内容有限元的发展、特点及有限元分析过程概述。（二）教学要求本章内容均为了解性内容。第二章弹性力学基本方程与变分法（一）课程内容5.1 弹性力学的基本方程5.2 平面问题、轴对称问题2. 3变分原理2.4有限单元法基本原理（二）教学要求教学内容2.1、2.2为对弹性力学内容的简单回顾，在本课程中要求了解，教学内容2.3、2.4要求理解。教学内容2.3变分原理是由弹性力学得到有限元基本方程的重要理论基础，是本章的重点，同时变分原理要求学生对泛函、虚位移等概念有一定的理解，因此也是本章的难点。第三章平面问题有限单元法（一）课程内容3.1简单三角形单元的位移模式3.2应变矩阵、应力矩阵与单元刚度矩阵3. 3等效节点载荷3.4整体分析（刚度矩阵、载荷组装）3. 5位移边界条件处理及求解3.6 三角形单元求解举例3.7 平面问题高次单元（二）教学要求教学内容3.1-3.4要求掌握，教学内容3.5、3.6要求理解，教学内容3.7要求了解。教学内容3.1-3.5以三角形单元为例详细阐述了有限元分析的基本思想和步骤，是本课程的重点；教学内容3.3在计算时常用到局部坐标，学生容易产生困惑是本章的难点之一，教学内容3.4通常由于矩阵较大略显复杂学生常不能仔细推导理解，是本章的另一难点。第四章轴对称问题与空间问题有限元法（一）课程内容4. 1轴对称问题有限元法4.6 空间四面体单元4.7 空间六面体单元（二）教学要求本章内容研究空间问题，是上一章平面有限元法的自然推广，教学要求为了解。第五章等参单元和数值积分（一）课程内容5. 1等参变换的概念5. 2等参变换的条件和等参单元的收敛性5.6 平面问题等参单元5.7 数值积分（二）教学要求教学内容5.1、5.3、5.4为掌握，5.2为理解。等参变换是计算力学中构造单元的常用方法，是本课程的重点之一，其中教学内容5.1、5.3、5.4为本章的重点；不同坐标系间的转换、求导是本章的难点。第六章结构单元SE述（一）课程内容6. 1杆单元7. 2梁单元8. 3薄板弯曲问题.6.4厚板单元6. 5壳体单元简介（二）教学要求本章教学要求6.1-6.3为理解，6.4、6.5为了解。第七章有限元结构分析程序设计（一）课程内容7.1有限元结构分析程序构成7. 2有限元结构分析程序设计专题（二）教学要求本章要求为理解。在学习完有限元方法的基本理论之后，能将这些理论通过编程的方式加以实现一方面可以加深学生对基本理论的理解，一方面也能使学生在今后使用商用有限元分析软件时能更好地掌握分析步骤、分析数值仿真结果。由于课时所限，本章不要求学生动手编程，但应能画出有限元结构分析程序的程序框图，对程序设计中应注意的原则有一定的理解。第八章计算力学其他方法（一）课程内容7. 1加权残值法7. 2边界元法7. 3无网格法7.4计算力学新方法（二）教学要求本章内容教学要求均为了解。三、学时分配及教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂教学实验上机课程实践小计第一章绪论22讲授法1、2第二章44讲授法1第三章66讲授法、讨论法1、2第四章22讲授法1、2第五章44讲授法、讨论法1、2第八早44讲授法1、2第七章44讲授法、讨论法、演示法、基于问题的研究型教学方法3第八章55讲授法4复习11讲授法1、2合计3232注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格;2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教学方法）等。四、课程考核考核形式考核要求考核权重备注期末考试闭卷60%平时作业不少于6次20%课程大作业用有限元基本原理（matlab简单编程）分析简单结构20%五、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1.王勖成.有限单元法，清华大学出版社，2003.2. KJ.Bathe.FiniteElementProcedure,2ndEdition,WatertownMA,2014.3. O.C.Zienkiewicz,R.L.Taylor&J.Z.Zhu.Thefiniteelementmethodvol1:itsbasisandfundamentals,6,hEdition,Elsevier,2005.六、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）制定人：周晔欣,张健审定人：朱建国批准人：孙保苍2017年09月18日