“弹性力学有限元”教学演示课件研制 总结报告 河海大学土木学院秦忠国 弹性力学有限元是我校力学、土木、水利类专业本科生和硕士生的一门主干课程,因为 有限元解题需要大量的矩阵运算,平时无法完成习题,学习中没有用有限元解题的实践活动 学过本课程之后,学生往往印象不深,似懂非懂。我们在该课程的教学中,深感需要加强教 学实践环节,除了讲授课程的理论和计算公式,必须加强学生的编程能力,同时创造用有限 元解题的条件,才能取得比较好的教学效果。本课件就是在此背景下申请立项的,其研制的 目的是让同学能看到一个比较完整的有限元解题过程,增加感性认识,理论和实际相联系, 同时提高学习本门课程的兴趣 课件特点,功能 1演示功能考虑到同学一般没有使用过有限元软件,本课件向学生说明有限元解题是 怎么一回事,阐明有限元各模块之间的逻辑关系,数据处理流程。 2求解功能演示并非通过固定的例题,而是实时地建模,实时地求解,实时地显示结 3备课/学习笔记课件可以用于教师讲课、也可用于学生自学。课件自带文字处理 功能,对各部分的主要内容可以录入、保存、显示控制等。 二实现方法和手段 本课件以 AutoCAD作为图形界面,所有图形均在 AutoCAD中生成、修改、显示。不 需要其它支持软件。课件使用的开发语言为 Fortran,ⅤB,ⅤC++ 内容简介 1基本功能本课件把用有限元计算一个弹性力学问题的过程分解成三大部分,即前处 理,求解,后处理。其中前处理包括建模、网格、材料、边界条件,荷载设定等,全部是直 观的图形化输入和交互操作,单元采用平面8节点等参元,建模可以用直边和曲边四边形超 单元,可拼接成复杂的求解区域,对于奇点附近或应力集中的部位,还可以采用基于相似剖 分的组合单元,对于单元节点编号提供带宽优化功能。边界条件包括水平,竖直方向约束, 可以设定己知位移边界。荷载包括集中荷载,任意正应力、剪应力面荷载,水压力荷载。后 处理内容较为丰富,包括各物理量的等值线,等色图(云图),主应力矢量图,变形图,位 移矢量图,任意断面的应力、位移分布图,任意点的应力、位移等。 2章节内容1.1建模1.2材料1.3边界1.5数据2.1位移模式2.2应变矩阵 2.3应力矩阵2.4单元劲度矩阵4.1等参元4.2局部坐标4.3形函数4.4坐标变换 4.5 Jacobi矩阵4.6 Gauss积分4.7单元劲度矩阵4.10空间8节点等参元4.11空间 8-20节点等参元4.8平面8节点等参元4.9平面5-7节点等参元2.5等效荷载2.6平衡“弹性力学有限元” 教学演示课件研制 总 结 报 告 河海大学土木学院 秦忠国 弹性力学有限元是我校力学、土木、水利类专业本科生和硕士生的一门主干课程，因为 有限元解题需要大量的矩阵运算，平时无法完成习题，学习中没有用有限元解题的实践活动， 学过本课程之后，学生往往印象不深，似懂非懂。我们在该课程的教学中，深感需要加强教 学实践环节，除了讲授课程的理论和计算公式，必须加强学生的编程能力，同时创造用有限 元解题的条件，才能取得比较好的教学效果。本课件就是在此背景下申请立项的，其研制的 目的是让同学能看到一个比较完整的有限元解题过程，增加感性认识，理论和实际相联系， 同时提高学习本门课程的兴趣。 一 课件特点，功能 1 演示功能 考虑到同学一般没有使用过有限元软件，本课件向学生说明有限元解题是 怎么一回事，阐明有限元各模块之间的逻辑关系，数据处理流程。 2 求解功能 演示并非通过固定的例题，而是实时地建模，实时地求解，实时地显示结 果。 3 备课/学习笔记 课件可以用于教师讲课、也可用于学生自学。课件自带文字处理 功能，对各部分的主要内容可以录入、保存、显示控制等。 二 实现方法和手段 本课件以 AutoCAD 作为图形界面，所有图形均在 AutoCAD 中生成、修改、显示。不 需要其它支持软件。课件使用的开发语言为 Fortran，VB，VC++。 三 内容简介 1 基本功能 本课件把用有限元计算一个弹性力学问题的过程分解成三大部分，即前处 理，求解，后处理。其中前处理包括建模、网格、材料、边界条件，荷载设定等，全部是直 观的图形化输入和交互操作，单元采用平面 8 节点等参元，建模可以用直边和曲边四边形超 单元，可拼接成复杂的求解区域，对于奇点附近或应力集中的部位，还可以采用基于相似剖 分的组合单元，对于单元节点编号提供带宽优化功能。边界条件包括水平，竖直方向约束， 可以设定己知位移边界。荷载包括集中荷载，任意正应力、剪应力面荷载，水压力荷载。后 处理内容较为丰富，包括各物理量的等值线，等色图（云图），主应力矢量图，变形图，位 移矢量图，任意断面的应力、位移分布图，任意点的应力、位移等。 2 章节内容 1.1建模 1.2材料 1.3边界 1.5数据 2.1位移模式 2.2应变矩阵 2.3应力矩阵 2.4单元劲度矩阵 4.1等参元 4.2局部坐标 4.3形函数 4.4坐标变换 4.5 Jacobi矩阵 4.6 Gauss积分 4.7单元劲度矩阵 4.10 空间8节点等参元 4.11 空间 8-20节点等参元 4.8 平面8节点等参元 4.9 平面5-7节点等参元 2.5等效荷载 2.6平衡