有关地方农业院校本科生开设有限元课程的重要性毕业论文写作资料-论文写作网

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有限元课程论文范文

摘要：随着计算机仿真技术在各个领域得到广泛应用,各高校教师也将数值模拟为辅助教学手段.但是由于未给本科生开设有限元理论相关课程,未能达到对CAE技术进一步学习和探讨.针对学校具体情况并结合相关课程,探讨了给部分本科生开设有限元课程的重要性.

关键词：地方农业院校；数值模拟；有限元

1.前言

计算机辅助工程CAE在各企事业单位中的应用越来越广泛,因此对掌握该技能的毕业生的需求量日益增大.有限元作为数值仿真软件的核心算法之一,该课程原是工科院校硕士阶段开设的专业课程.为适应社会发展,目前许多理工科高校已经给本科生开设了有限元课程,将ANSYS、MATLAB等作为常用的教学软件[1-4].

随着西部大开发进程的推进,地方高等农业院校已是我国高等教育事业的重要组成部分.新疆农业大学是新疆维吾尔自治区的重点建设大学,学校立足新疆,面向“三农”,服务社会.作为地方农业院校既要为国家培养和输送进一步深造的人才,地方经济的发展也迫切需要高素质的应用型人才[5].因此,如何培养地方农业高校大学生学以致用的实战力、创新力等,进行综合素质教育的培养是目前教育中需要迫切解决的问题[6-7]

很多高校教师已经引入数值仿真计算作为辅助教学手段,如在机械设计中模拟齿轮咬合动画、应力云图等.但是,由于未给本科生开设有限元理论相关课程,学生对软件算法了解不多,只能停留在对所学课程计算结果的观察和理解层面上.随着西部大开发战略的深入,为了提高地方农业院校毕业生在社会的核心竞争力,给理工科学生引入有限元思想是非常重要的.本文针对学校情况并以力学课程为例,浅谈开设有限元课程的重要性.

2.有限元计算在力学教学中的优势

2.1弥补实验的欠缺和限制

一方面实验室设施本身有所欠缺,导致学生分组进行实验时组成员较多,不能保证每个同学都能亲手完成实验并进行观察；另一方面有些力学现象仅仅靠实验不能更好的进行理论验证.如在做材料力学中纯弯梁的电测试验中,为验证弯曲正应力在横截面上分布的理论公式,仅取个别点进行计算验证,但是正应力的具体分布形式在试验中无法观察.而仿真计算可以弥补实验的不足,可以进行正应力的三维视图显示和应力云图分布.在理论力学的动力学部分,涉及到连接机构的复合运动,速度、加速度的分解与合成等等,有些学生感到难以理解和掌握,可以利用仿真软件制作动画模拟,达到结果可视化效果,方便学生观察学习.

2.2符合培养目标和社会需求

目前在本科生的课堂教学中,为增强教学效果,很多教师虽然利用常用的数值仿真软件给学生展示数值模拟动画、云图等,将计算结果形象地展示给学生,使学生有一个感性认识,增强学生学习兴趣和探索知识的主动性.例如材料了力学中应力、单元体的概念,振动力学中振型叠加等感念较为抽象难懂.

如今,社会对高能力的工程技术人才大量需求.培养既具有系统而扎实的理论知识,又有一定的工程知识与工程训练,同时能应用现代化设备和技术手段解决与工程有关的实际工程问题的复合型技术人才,越来越成为我国社会经济、技术发展的需要.在相关学科的教学中较早的渗透有限元的思想,对于培养学生学习计算机,使用计算机解决工程问题的能力具有重要意义.

3.有限元计算在力学教学中的应用举例

有限元法的基本思想是“化整为零”,作为一种数值方法,应用性很强,比解析求解有较大的论文范文性.现已振动力学为例.设板的长度a等于0.4m,宽度b等于0.38m,板厚h等于0.005m,弹性模量E等于2.1*e11,泊松比v等于0.3,薄板的密度为ρ等于7850kg/m3,不计阻尼,有限元模型如图1所示,四边简支矩形薄板的阵型如图2所示,前8阶固有圆频率如表1所示.其中na×nb表示划分单元数.

利用数值模拟可以方便求出固有频率和振型,可以验证所学理论知识,让学生学以致用,加深理解和进一步掌握.但是从表1中可知,单元网格划分越细,数值解就越接近解析解,而且有很多学生观察出单元为四边形,有些同学提出疑问,为何单元数越多则解也越接近真实解?单元形状是三角形或六边形行不行?同时,有些同学想得到不同边界条件下的自由振动解,研究边界条件和固有频率以及振型之间的关系.由于缺乏基本的有限元知识,学生只能学习课堂上有限的模型计算结果,给深入探讨课程知识和进一步学习数值模拟带来困扰.