《塑性成形数值模拟》课程教学大纲（本科）.docx
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塑性成形数值模拟
Numericalsimulationofplasticforming
课程代码：
07410069
学分：
1.5
学时：
24（其中：
课堂教学学时：
20实验学时：
上机学时：
4课程实践学时：
）
先修课程：
材料成型原理、线性代数、工程力学
适用专业与版本：
材料成型及控制工程专业2016版培养计划
教材：
《材料成形计算机模拟》，董湘怀，机械工业出版社，2012年2月第2版第2次印刷；《塑性成形数值模拟》，刘建生，机械工业出版社，2014第1版
一、课程性质与课程目标
（-）课程性质
随着计算机科学和技术的快速发展，数值模拟已是当今工程分析中应用最广泛的数值方法。
由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视。
本门课程是材料成型与控制工程学科的重要专业技术基础课。
课程教学所要达到的任务是了解有限元分析的基本思想，掌握有限元分析的基本处理方法，掌握有限元在弹性分析以及在塑性分析中的具体过程，熟悉和了解常用有限元分析软件的应用。
（二）课程目标
课程目标1：
掌握有限元法的基本思想以及有限元法实施的基本步骤；理解并掌握单元位移函数、单元载荷移置、单元刚度矩阵及性质和物理意义，理解并掌握整体刚度矩阵分析、约束条件的处理、整体刚度矩阵的特点，了解矩阵存储方法以及方程组解法。
课程目标2：
理解并掌握应用泛函建立有限元方程；掌握拉格朗日乘子法以及罚函数法以及求解的迭代过程和收敛判据。
课程目标3：
能对塑性变形过程中的坯料建立刚塑性增量模型，通过约束条件的处理，载荷移置，获得整体刚度矩阵，并能对其分析和应用。
（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1-4,4-2,5-3
1.毕业要求1-4:
掌握材料成型原理、材料成型工艺、材料成型设备等专业知识，为解决铸造/焊接/锻压复杂工程问题奠定基础。
2.毕业要求4-2:
能够运用科学原理进行分析，并采用科学方法对加工对象制定合理的实验方案。
3.毕业要求5-3:
能够运用技术、资源和信息技术工具对铸造/焊接/锻压工程领域的复杂工程问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性。
求指标点
课程目标
指标点1-4
指标点4-2
指标点5-2
课程目标1
√
课程目标2
√
课程目标3
√
二、课程内容与教学要求
第一章绪论
（一）课程内容
41）有限元法的形成，有限元法的基本思想，实施有限元法的基本步骤；
52）介绍塑性有限元的发展及相应的塑性成形工业用软件
（二）教学要求
1.知识方面：
了解有限单元法的基本思想，了解本课程的性质、研究对象与方法、任务；
2.能力与素质方面：
能应用基本概念通过学习、了解有限元建立相应模型的过程与步骤。
（三）重点与难点
L重点：
掌握有限元的基本思路。
2.难点：
软件的应用。
第二章线性弹性力学问题的有限元法
（一）教学内容
（1）平面问题的基本方程，单元位移函数，单元载荷移置，单元刚度矩阵，单元刚度矩阵的性质与物理意义，整体分析，约束条件的处理，整体刚度矩阵的特点与存储方法，方程组解法；
（2）用泛函建立有限元方程，三节点单元位移函数，三节点单元刚度矩阵，载荷移置，举例分析;
（3）等参单元的基本概念，四边形八节点等参单元，等参单元的单元分析，六面体等参单元。
（-）教学要求
1.知识方面：
（1）了解有限元法的形成，深刻理解并掌握有限元法的基本思想，掌握有限元法的计算步骤；
（2）掌握有限元分析问题的基本方法，能应用有限元方法分析弹性力学的平面问题和三维问题;
（3）深刻理解并掌握单元位移函数、单元载荷移置、单元刚度矩阵、单元刚度矩阵的性质与物理意义，理解并掌握整体分析、约束条件的处理、整体刚度矩阵的特点，了解矩阵存储方法以及方程组解法；
（4）理解并掌握应用泛函建立有限元方程,掌握三节点单元的位移函数、三节点单元的刚度矩阵、载荷移置；
（5）理解等参单元的基本概念，理解并掌握四边形八节点等参单元、等参单元的单元分析以及六面体等参单元。
2能力与素质方面：
合理划分单元节点号并能分析单元刚度矩阵的性质，单元刚度矩阵与整体刚度矩阵关系。
（三）重点与难点
1.重点
重点是掌握用虚功方程建立有限元方程，并能正确地理解整体刚度矩阵及载荷矩阵的集成；
2.难点
难点是理解整体刚度矩阵及载荷矩阵的集成。
第三章刚塑形有限元法
（一）教学内容
（1）材料的屈服准则和刚塑性有限元的本构关系；
（2）刚塑性增量理论的广义变分原理，拉格朗日乘子法，材料可压缩法，罚函数法，刚塑性有限元计算中的几个问题；
（3）网格重新划分，三维有限元数值模拟中的几个问题
（二）教学要求
1知识方面：
（1）理解材料的屈服准则和刚塑性有限元的本构关系；
（2）理解刚塑性增量理论的广义变分原理，掌握拉格朗日乘子法以及罚函数法，了解材料可压缩法，了解刚塑性有限元计算中的几个常见问题。
2能力与素质方面：
（1）对于具体的受力物体能应用本构关系建立刚塑性有限元模拟；
（2）通过数学模型建立，分析各质点的具体受力状态。
（三）重点与难点
1.重点
重点是理解刚塑性有限元中的拉格朗日乘子法以及罚函数法；
2.难点
难点是刚塑性有限元法基本公式的推导过程。
三、学时分配及教学方法
章节
内 容
教学方式与学时
支撑课程目标
课堂教学
实验
上
机
课程实践
作业
讨
论
第1章
绪论：
有限元法的基本思想，实施有限元法的基本步骤；塑性有限元的发展及相应的塑性成形工业用软件
2
1
第2章
线性弹性力学问题的有限元法:
平面问题的基本方程，单元位移函数，单元刚度矩阵，整体分析，约束条件的处理，整体刚度矩阵的特点与存储方法，方程组解法；用泛函建立有限元方程，三节点单元位移函数，三节点单元刚度矩阵，载荷移置，等参单元的基本概念，四边形八节点等参单元，等参单元的单元分析，六面体等参单元
12
2
√
1、2、3
第3章
刚塑形有限元法：
材料的屈服准则和刚塑性有限元的本构关系；刚塑性增量理论的广义变分原理，拉格朗日乘子法，材料可压缩法，罚函数法，刚塑性有限元计算中的几个问题
6
2
√
1、2、3
合计
20
4
注：
1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格;
四、课程考核
考核形式
考核要求
考核权重
课程目标
课堂表现
出勤、作业2次
20%
期末考试
开卷
80%
1、2、3
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.刘建生，塑性成形数值模拟，机械工业出版社，2014第1版。
2.郝好山等编著，《金属塑性成形数值模拟》，机械工业出版社，2011年3月第1版。
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