《塑性成形数值模拟》课程教学大纲（本科）.docx

1、塑性成形数值模拟Numerical simulation of plastic forming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

2、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

3、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, 5-31 .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、-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4 1)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；5 2)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

5、 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

6、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

7、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

8、、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21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1221、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621、2、3合 计204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。