有限元课程设计
有限元课程设计
沈阳理工大学课程设计专用纸目录前言.............................................................................................................................................. - 2 - 问题阐述...................................................................................................................................... - 3 - 物理参数和几何参数.................................................................................................................. - 3 - 1.创建节点................................................................................................................................... - 4 -1.1 创建梁的各个节点......................................................................................... - 4 -1.2 显示各个节点......................................................................................... - 5 - 2．定义单元类型、材料特性和梁的横截面几何参数............................................................ - 5 -2.1 定义单元类型......................................................................................... - 5 -2.2 定义材料特性......................................................................................... - 5 -2.3 定义梁的横截面几何参数......................................................................................... - 5 - 3．创建单元................................................................................................................................ - 5 -3.1 创建单元......................................................................................... - 5 -3.2 显示单元信息......................................................................................... - 6 - 4．施加约束和载荷.................................................................................................................... - 6 -4.1 节点自由度约束......................................................................................... - 6 -4.2 施加载荷......................................................................................... - 7 - 5．求解........................................................................................................................................ - 8 -5.1 定义分析类型......................................................................................... - 8 -5.2 求解......................................................................................... - 8 - 6．后处理.................................................................................................................................... - 8 -6.1 绘制梁的Y方向变形图......................................................................................... - 8 -6.2 建立单元结果表......................................................................................... - 9 -6.3 结果显示....................................................................................... - 10 - 7．退出程序...............................................................................................................................- 11 -沈阳理工大学课程设计专用纸前言有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
有限元基础教程教学设计 (2)
有限元基础教程教学设计
一、教学目标
本教学的目标是让学生能够理解有限元分析的基本原理和方法，并能够使用有限元软件进行模拟和分析。
二、教学内容
1. 有限元分析概述
•有限元方法的基本原理
•有限元方法的优点和局限性
•有限元方法在工程中的应用
2. 有限元分析的基本问题
•有限元模型的建立
•有限元刚度矩阵和荷载向量的计算
•有限元方程的求解
3. 有限元软件的使用
•常见有限元软件的介绍
•有限元软件的基本操作
•有限元软件的应用实例
三、教学方法
•理论讲解：通过讲解有限元分析的基本原理和方法，激发学生学习的兴趣和动力。
•课堂练习：通过实例分析问题，让学生能够掌握有限元模型的建立、刚度矩阵和荷载向量的计算、有限元方程的求解等基本问题的解决方法。
•有限元软件操作实验：让学生通过实验，掌握有限元软件的基本操作和应用实例。
四、教学评估
•课堂表现：包括学生课堂参与度、听课笔记、课堂讨论、提问答题等因素。
•综合评估：包括课程作业、课程实验和期末考试等。
五、教学资源
•教材：《有限元分析入门》
•软件：Ansys、ABAQUS、COMSOL Multiphysics
六、教学进度安排
时间教学内容
第一周有限元分析概述
第二周有限元分析的基本问题
第三周有限元软件的使用
第四周有限元软件操作实验
七、总结
有限元分析是一门重要的工程分析方法，对于工程领域的研究和应用具有重要的意义。
掌握有限元分析的基本原理和方法，并能够使用有限元软件进行模拟和分析，对于学生的学习和职业发展都具有积极的影响。
有限元课程设计实例
有限元课程设计实例一、课程目标知识目标：1. 理解有限元方法的基本原理，掌握其应用步骤及所需数学基础；2. 学会运用有限元分析软件进行简单物理模型的建立与求解；3. 掌握有限元分析中的网格划分、边界条件设置及结果解读等关键环节。
技能目标：1. 能够运用所学有限元知识，针对实际问题进行模型简化，建立合适的数学模型；2. 熟练操作有限元分析软件，完成前处理、计算及后处理等全过程；3. 培养学生的团队协作能力和解决问题的能力，学会在项目中分工合作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对工程问题的好奇心和求知欲，激发学习兴趣；2. 增强学生的实践意识和创新意识，使学生在面对实际问题时敢于尝试、勇于挑战；3. 培养学生的责任感，使学生在分析问题时充分考虑工程实际，遵循科学规律。
本课程针对高年级学生，结合有限元课程特点，以实例为引导，注重理论知识与实践操作的紧密结合。
通过本课程的学习，使学生能够将有限元方法应用于工程实际问题，提高解决复杂问题的能力。
同时，培养学生团队协作、创新思维和工程素养，为未来的工程实践打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 有限元方法基本原理：介绍有限元方法的起源、发展及其在工程领域的应用，重点讲解有限元方法的基本概念、离散化过程和变分原理。
2. 有限元分析软件操作：以实际工程软件为工具，讲解软件的基本功能、操作界面、前处理、求解器和后处理等模块的使用。
3. 网格划分技术：讲解网格的类型、质量评判标准，以及不同类型的网格在有限元分析中的应用。
4. 边界条件设置：介绍边界条件的作用，讲解不同类型边界条件的设置方法，以及在实际工程问题中的应用。
5. 实例分析：结合教材内容，选取具有代表性的工程实例，指导学生完成从模型建立、网格划分、边界条件设置到结果解读的完整分析过程。
具体教学内容安排如下：第一周：有限元方法基本原理及离散化过程；第二周：变分原理及有限元方程的建立；第三周：有限元分析软件操作及网格划分技术；第四周：边界条件设置及实例分析。
有限元分析及应用课程设计
有限元分析及应用课程设计一、课程设计目的有限元分析是一种重要的数值计算方法，在各个领域都有广泛应用。
本课程设计旨在通过实际案例，掌握有限元分析的基本理论、方法和实现，并掌握有限元分析在实际工程中的应用。
二、课程设计内容1. 理论基础（1）有限元方法的基本概念有限元方法是一种数值计算方法，将连续体划分为有限数量的元素，求解每个元素上的方程，再通过组装得到整个结构的解。
学习该概念后，可以深入理解有限元分析的基本原理。
（2）有限元离散化有限元离散化是将连续的物理问题离散化为离散的数学问题，不同的物理问题有不同的离散化方法。
在学习此概念时，需掌握如何选择适当的离散化方法。
（3）有限元方程有限元方程是用来描述离散化后物理问题的方程。
在学习此概念时，需掌握有限元离散化后的方程表达式。
2. 有限元模型建立有限元模型建立包括模型前处理、有限元模型建立和模型验证等。
学习此内容后，可以掌握有限元模型建立的基本流程和方法。
3. 有限元分析有限元分析包括模型载入、应力分析和位移分析等。
学习此内容后，可以掌握如何进行有限元分析和如何使用有限元分析软件。
4. 有限元分析结果处理有限元分析结果处理包括应力云图、变形结果图、位移云图等。
学习此内容后，可以对有限元分析结果进行处理和分析。
三、课程设计案例以杆件为例，进行有限元分析。
杆件如图所示：杆件按照以下步骤进行有限元分析：1. 算法概述建立杆件模型，生成并离散化有限元模型，求解位移和应力等结果。
2. 模型建立建立杆件模型，并进行离散化，得到如下右图所示的有限元模型：离散化3. 载入将力作用于杆件上，按照需求进行载入。
4. 分析进行应力分析和位移分析，得到结果如下：Max Von Mises Stress is 20.2 MpaMax Displacement is 5.6 mm5. 结果处理根据结果，可以较为直观地对模型进行分析，发现最大应力及位移点在工件上部，需要进行进一步加强。
有限元课程设计目的
有限元课程设计目的一、课程目标知识目标：1. 掌握有限元方法的基本原理，理解其应用于工程问题求解的数学背景；2. 学会建立有限元模型，包括网格划分、边界条件设置等关键步骤；3. 了解有限元分析在不同工程领域的应用，并能结合实际案例解释其重要性。
技能目标：1. 能够运用有限元软件进行简单的结构分析，包括静力分析和动力分析；2. 培养学生解决实际工程问题的能力，包括模型简化、参数选取和结果分析；3. 提高学生的团队协作和沟通能力，通过小组讨论和报告的形式，展示有限元分析的过程和结果。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对有限元分析的浓厚兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 增强学生的工程责任感，使其认识到有限元分析在确保工程安全和提高经济效益方面的重要性；3. 引导学生树立正确的价值观，认识到科技进步对国家和社会发展的贡献。
课程性质：本课程为应用数学与工程学科交叉的课程，旨在培养学生运用有限元方法解决实际工程问题的能力。
学生特点：学生已具备一定的数学和力学基础，具有较强的逻辑思维能力和动手操作能力。
教学要求：结合实际案例，采用讲授、实践和小组讨论相结合的教学方式，注重培养学生的实际操作能力和团队协作能力。
通过本课程的学习，使学生能够将有限元方法应用于实际工程问题的求解，为今后的工作和发展奠定基础。
二、教学内容1. 有限元方法基本原理：介绍有限元方法的数学基础，包括变分原理、加权余量法等，结合课本相关章节，让学生理解有限元方法的物理意义和数学表述。
- 教材章节：第二章 有限元方法的基本原理2. 有限元模型建立：讲解有限元模型建立的过程，包括几何建模、网格划分、边界条件施加等，并通过实例演示操作步骤。
- 教材章节：第三章 有限元模型的建立与网格划分3. 有限元分析类型：介绍静力分析、动力分析、热分析等常见有限元分析类型，结合实际工程案例，分析各种分析类型的适用场景。
- 教材章节：第四章 有限元分析的类型及应用4. 有限元软件应用：教授学生使用有限元分析软件，如ANSYS、ABAQUS 等，通过实际操作，使学生掌握软件的基本功能和操作流程。
有限元课程设计封皮
有限元课程设计封皮一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握有限元方法的基本原理，理解其在工程问题中的应用；2. 学会运用有限元软件进行模型建立、网格划分、边界条件设置及求解分析；3. 了解有限元分析结果的处理方法，能对结果进行正确的解释和评价。
技能目标：1. 培养学生运用有限元分析软件解决实际问题的能力；2. 培养学生团队协作、沟通表达及分析解决问题的能力；3. 提高学生自主学习、查阅资料、撰写报告的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对工程问题的兴趣和探究精神，增强其创新意识；2. 培养学生严谨的科学态度和良好的职业道德，使其具备责任感；3. 增进学生对我国工程领域发展的认识，激发其爱国情怀。
课程性质：本课程为专业选修课，旨在让学生掌握有限元分析方法，提高解决实际工程问题的能力。
学生特点：学生具备一定的力学基础，具有较强的学习兴趣和求知欲，但实践经验不足。
教学要求：结合实际工程案例，注重理论与实践相结合，强调学生的参与度和动手能力，提高课程实用性和趣味性。
通过本课程的学习，使学生能够独立完成有限元分析任务，为后续专业课程和未来工作打下坚实基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 有限元方法基本原理：介绍有限元方法的起源、发展及其在工程领域的应用，讲解有限元分析的基本步骤和关键概念，如离散化、单元划分、形函数、刚度矩阵等。
2. 有限元软件应用：以常见有限元软件（如ANSYS、ABAQUS等）为例，讲解软件的基本操作、模型建立、网格划分、材料属性设置、边界条件施加及求解分析等过程。
3. 有限元分析实例：结合实际工程案例，指导学生运用有限元软件进行结构分析、热分析、流体分析等，使学生更好地理解有限元方法在实际工程中的应用。
4. 结果处理与分析：教授学生如何对有限元分析结果进行后处理，包括查看云图、提取数据、生成曲线等，以及如何对结果进行正确的解释和评价。
教学内容安排与进度：1. 第1周：有限元方法基本原理及发展历程；第2周：有限元分析基本步骤与关键概念。
有限元基础课程设计
有限元基础课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握有限元分析的基本概念、原理及方法；2. 了解有限元分析在工程领域中的应用；3. 掌握有限元分析软件的操作步骤，能够进行简单的有限元建模与计算。
技能目标：1. 能够运用有限元分析软件进行简单的结构力学分析；2. 能够根据实际问题，选择合适的单元类型、网格划分方法；3. 能够对有限元分析结果进行正确解读，提出优化方案。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对工程问题的探究精神，提高解决实际问题的能力；2. 增强学生对我国工程技术发展的自豪感，激发为国家建设贡献力量的热情；3. 培养学生严谨、务实的学习态度，养成团队协作、沟通交流的良好习惯。
课程性质：本课程为专业选修课，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生具备一定的力学基础，对工程实际问题有一定的了解，具备基本的计算机操作能力。
教学要求：结合课本内容，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
通过本课程的学习，使学生能够掌握有限元分析的基本方法，为后续专业课程学习和未来工作打下坚实基础。
教学过程中，注重目标分解，确保学生能够达到预期学习成果。
二、教学内容1. 有限元分析基本原理：包括离散化方法、有限元方程的建立、边界条件的施加等；教材章节：第一章 有限元分析概述、第二章 有限元方程的建立。
2. 有限元单元类型及特性：介绍常见的单元类型，如杆单元、梁单元、板单元等，以及它们的特性；教材章节：第三章 单元类型及特性。
3. 网格划分方法：讲解网格划分的基本原则、方法及技巧；教材章节：第四章 网格划分技术。
4. 有限元分析软件操作：学习主流有限元分析软件的基本操作、建模、求解及后处理；教材章节：第五章 有限元分析软件应用。
5. 结构力学分析实例：通过实例讲解有限元分析在结构力学中的应用；教材章节：第六章 结构力学分析实例。
6. 有限元分析结果解读与优化：教授如何分析结果，针对问题提出优化方案；教材章节：第七章 有限元分析结果解读与优化。
有限元技术基础课程设计 (2)
有限元技术基础课程设计背景介绍有限元方法是20世纪50年代末发展起来的一种数值分析方法，可以将复杂的结构模型离散化成为数学上易于处理的小元素，在计算机上进行计算，得到力学行为和应力分布等分析结果。
有限元技术已经成为工程设计和科学研究中必不可少的工具。
因此，学习有限元技术也成为现代机械、航空、化工等行业相关专业的必修课程。
课程设计目标本课程设计的目标是使学生能够理解和应用有限元方法，掌握有限元分析的基本思想和方法，能够在实际工程问题中使用有限元软件进行分析和设计。
课程设计内容1. 有限元基础首先，本课程将介绍有限元基础知识，如何构建有限元模型，有限元模型中的节点、单元和边界条件等等。
这一部分让学生了解有限元模型的基本元素及其关系，为后续的实践应用打下基础。
2. 有限元分析流程有限元分析流程是整个有限元分析的骨架，也是本课程设计的核心内容之一。
在这一部分中，我们将详细介绍有限元分析的基本流程，从建立模型到求解过程中的中间环节，以及后处理分析等。
通过这一部分的学习，学生将能够全面理解有限元分析，同时能够对复杂工程问题进行分析和设计。
3. 有限元分析软件的应用本课程还将介绍几种常见有限元分析软件的具体应用。
在学习有限元分析的基本知识后，有限元软件的使用将是非常必要的。
我们将以ANSYS、ABAQUS等软件为例，教授学生如何进行模型的建立、载荷的设定、分析的求解和结果后处理等不同阶段的操作和技巧。
课程设计成果完成本课程的学生将能够熟练掌握有限元技术的基本知识和应用技巧，具备使用各类有限元分析软件进行复杂问题的分析和设计的能力。
同时，学生将会在实践中掌握工程设计的基本思想和操作方法，为以后的工程实践打好基础。
总结通过课程设计，学生将掌握从模型构建到结果后处理的整个有限元分析流程，以及常见的有限元软件的操作技巧。
课程设计将培养学生结合实际问题进行分析和理论验证的能力，为学生未来的工程实践提供基本技术支持。
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有限元法分析与建模课程设计报告学院：机械电子工程学院专业：机械电子工程指导教师：杜平安学生：乔林学号：2012210802122012-12-10摘要摘要连杆的作用是将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动, 并把活塞上的力传给曲轴连杆工作的小端做往复运动, 大端作旋转运动, 杆身做复杂的平面运动。
本文用Pro/E建立连杆的三维模型，并运用ANSYS强大的有限元分析和优化功能来实现连杆的分析ANSYS 是一款极其强大的有限元分析软件。
通过数据接口，ANSYS 可以方便的实现从CAD 软件中导入实体模型。
因此，将Pro/E强大的建模功能与ANSYS 优越的有限元分析功能结合在一起可以极大地满足设计者在设计过程中对建模与分析的需求。
关键词：连杆，有限元，Pro/E，ANSYSABSTRACTABSTRACTThe role oftheconnecting rodisthesmall end ofthereciprocation of the pistonintoarotational movementofthecrankshaft, and to transmittheforceon the pistontothecrankshaft connecting rodreciprocates, thebig endfor pivotal movement, Shaftdo complexplanar motion. The establishment ofalinkageof thethree-dimensionalmodelusingPro / E, thepowerfulANSYSfinite elementanalysis andoptimization capabilitiestoachievetheconnecting rodfatigueanalysisANSYSisan extremelypowerfulfinite element analysis software. Throughthedata interface, ANSYS canfacilitate the realization ofsolid modelsimportedfromCAD software. Therefore,thesuperiorpowerfulmodeling capabilitiesofPro / Eand ANSYSfinite elementanalysis capabilitiestogethercanmeetthedesignersin the design processmodelingand analysis.Keywords:rod, finite element, Pro / E, ANSYS目录目录第一章引言 (1)1.1有限元法及其基本思想 (1)1.2本文所研究问题定义分析 (1)第二章连杆有限元分析的准备工作 (2)2.1 连杆三维实体建模 (2)2.2 模型调入 (2)2.3 设置单元类型 (3)2.4 设置材料的密度，杨氏模量和泊松比 (3)2.5 创建网格 (4)第三章有限元模型的前处理和求解 (5)3.1 设置载荷和约束 (5)3.1.1 设置载荷 (5)3.1.2 设置位移约束 (6)3.2 求解结果操作 (6)第四章有限元模型的后处理和结果分析 (7)4.1 查看变形位移 (7)4.2 查看各节点的位移 (8)4.3 查看应力分析图 (9)4.4 观察节点最大应力 (10)图4-4 节点最大应力图 (10)4.5 求解结果分析 (10)总结 (11)参考文献 (12)第一章引言第一章引言1.1有限元法及其基本思想有限元方法[1]就是把一个原来是连续的物体剖分成有限的单元，且它们相互连接在有限的节点上，承受等效的节点载荷，并根据平衡条件在进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合起来，成为一个组合体，在综合求解。
由于单元的个数有限，节点的个数也有限，所以这种方法称为有限元法。
有限元法解决问题是物理模型的近似，而数学上不做近似处理。
其概念清晰，通用性与灵活性兼备，能灵活妥善处理各种复杂问题。
1.2本文所研究问题定义分析连杆是发动机中很重要的一个部件. 因此对连杆的分析优化可以很大的提高的发动机性能，是发动机变的更加高效与节能。
强度、刚度和疲劳寿命是对工程结构和机械使用的三个基本要求, 其中疲劳破坏是工程结构和机械失效的主要原因之一, 引起疲劳失效的主要原因是重复载荷。
疲劳寿命是指结构或机械直至破坏所作用的循环载荷的次数或时间。
本文首先采用Pro/E软件建立活塞连杆的三维实体模型,然后通过Pro/E与ANSYS的无缝集成,将模型导入ANSYS中。
这种方法保持了导入模型的完整性,方便修改模型参数, 减少了直接在ANSYS中建模的巨大工作量,使分析过程方便快捷。
有限元法分析与建模课程设计第二章连杆有限元分析的准备工作对连杆进行有限元分析前，需要对连杆就行三维实体建模，通过Pro/E与ANSYS的无缝集成,将模型导入ANSYS中，并进行网格划分。
2.1连杆三维实体建模打开Pro/E,通过网上查找资料确定连杆的相关参数，绘制如图2-1的模型：图2-1Pro/E建模的连杆模型2.2模型调入打开Ansys，点击File,在子菜单中点击Import，选IGES,将要分析的文件导入到Ansys中，结果如图2-2所示：图2-2 导入Ansys后的模型第二章连杆有限元分析的准备工作2.3设置单元类型选择主菜单中Preprocessor的子菜单Element Tye，选中Add/Edit/Delete,在弹出的菜单中，点Add..,在弹出的对话框中选Solid,找到Brick 8node 45,点击OK。
如图2-3所示：图2-3 设置单元类型2.4设置材料的密度，杨氏模量和泊松比再选中Material Props下拉菜单中的Material Models, 在弹出的菜单中，依次选择Favorites、Linear Static、Density，在对话框中输入7800（钢材密度），点OK。
选择Linear Isotropic,在弹出的对话框中依次输入30e6，0.3，点OK。
如图2-4所示：有限元分析与建模课程设计图2-4 设置材料的密度、杨氏模量和泊松比2.5创建网格选择Meshing子菜单中的MeshTool，在弹出的对话框中，再选择Mesh,然后选中之前导入的模型，单击OK，创建网格就完成了，效果如图2-5所示：图2-5 划分网格第三章有限元模型的前处理和求解第三章有限元模型的前处理和求解3.1设置载荷和约束3.1.1设置载荷选择Solution的下拉菜单：Define Loads——Apply——Structural——Pressure ——On Areas,选中小孔内圆朝内的一半，点OK,在弹出的对话框内输入1000，单击OK，如图3-1所示：图3-1 设置载荷有限元分析与建模课程设计3.1.2设置位移约束选择Solution的下拉菜单：Define Loads——Apply——Structural——Displacement——On Areas，选中大孔内圆，单击OK。
在弹出的对话框中选中ALL DOF，单击OK，如图3-2所示图3-2 设置位移约束3.2求解结果操作选择Solution下拉菜单Solve,再选择Current ls,在弹出的对话框中单击OK，点击Close，得到求解后的结果，如图3-3所示：图3-3 求解结果第四章有限元模型的后处理和结果分析第四章有限元模型的后处理和结果分析4.1查看变形位移选择General Postproc下拉菜单Plot Result，选择Deformed Shape,在弹出的对话框选择【Def+undeformed】，然后单击OK。
变形位移如图4-1所示：图4-1变形位移图有限元分析与建模课程设计4.2查看各节点的位移选择General Postproc下拉菜单List Results,再选择Nodal Solution,在弹出的对话框中，依次选择DOF Solution、Displacement vector sum，最后单击OK，求解到详细各节点的位移，如图4-2所示：图4-2 各节点位移第四章有限元模型的后处理和结果分析4.3查看应力分析图选择General Postproc下拉菜单Plot Result，依次选择Contour Plot、Nodal Solu，在弹出的对话框中再依次选择Stress、von Mises stress，最后单击OK，应力分析如图4-3所示：图4-3应力分析图有限元分析与建模课程设计4.4观察节点最大应力依次选择General Postproc下拉菜单List Results、Nodal Solution，在弹出的对话框中选STRESS,点von Mises stress然后单击OK，最终得到节点最大应力，如图4-4所示：图4-4 节点最大应力图4.5求解结果分析总结研究生学习期间，通过学习杜平安老师的有限元分析与建模这门课程，弥补了自己本科时的缺陷，同时也认识到有限元分析在工程领域的重要性。
结合此次课程设计，掌握了有限元分析的一般步骤，懂得了如何将所学知识应用到实践中去。
在设计过程中，难免会遇到很多问题，这是心要静下来，不要浮躁要善于利用资源，查找资料，这样问题才能够得以解决。
因此，通过本课程设计，学到了很多东西，为以后的工作和学习奠定了基础。
参考文献[1] 杜平安，于亚婷.有限元法原理、建模及应用.北京：国防工业出版社，2011.8[2]商跃进，王红.有限元原理与ANSYS实践.北京：清华大学出版社，2012[3] 谢龙汉，刘新让. ANSYS结构及动力学分析. 北京：电子工业出版社，2012.1:37~39[4] 陈精一，ANSYS工程分析实例教程. 北京：中国铁道出版社，2006[5] 杨永谦，实用有限元分析技术:ANSYS专题与技巧.北京：机械工业出版社，2010[6] 胡于进，王璋奇.有限元分析及应用.北京：清华大学出版社，2009:3。