《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。