有限元分析论文篇1

　　西门子NX是一个完全集成的CAD/CAM/CAE软件集，具有强大的计算机辅助设计、分析和制造功能。本文通过西门子NX的CAD/CAM/CAE来完成建模、有限元分析及数控编程。首先，在NX的CAD模块进行三维建模，完成建模后进入NX的结构分析模块，创建新分析方案，选择解算器，这里用NXnastran，材料设置为steel，即对应的45钢。网格划分是有限元分析的基础，其目的是将结构转化为离散的连续实体，有限元网格划分的质量，直接影响到分析结果的精确度和分析所用的时间，在保证解算精度的情况下尽量提高数值计算的速度。

　　在NX仿真导航器中激活FEM文件，将其设为显示部件，选择“3D四面体网格”工具，选用具有较高计算精度的“10节点四面体单元”对零件进行网格划分。在NX仿真导航器中激活仿真文件，将其设为显示部件，在约束类型中选择“固定约束”工具，选择尺寸100的平面定义固定全约束。在载荷类型中选择“力”工具，选择固定约束对面椭圆面（事先适当分割面），设置作用力为500N，力的方向为100平面的垂直方向。有限元模型建立后，可进行模型检查，如网格、节点/单元、载荷、约束及材料等，检查没有错误，进行求解，求解完成后，对分析结果进行综合评定，如图2所示。

　　变形输出excel文件格式，经过后处理输出的excel文件详细地记录了各坐标点上的变形量，如表1所示。有限元分析施加载荷和边界条件时，添加的力和约束与实际加工时工件的夹紧力、支撑点应相符合，以模拟工件实际受力情况。

　　2数控编程加工

　　利用excel的计算功能，将原始点和变形量进行比较，得到变形后的坐标点。将这些坐标点输入NX软件，用NX的建模功能三维建模，得到变形后的椭圆模型，因为NX平面铣适用于侧壁垂直底面或顶面为平面的工件加工，故选用NX的平面铣类型，加工轮廓刀具选用D40立铣刀，30°斜面选用60°成型刀，选择加工面，设置相关参数，生成轨迹后，后处理输出G代码。实际加工中可以通过测量工件夹紧后的变形量来控制夹紧力。本例在有限元分析时添加的力为500N，分析椭圆200mm尺寸变形量为0.516mm。加工时工件夹紧后，实际测量椭圆200mm尺寸变形量达到0.516mm时停止夹紧，这时有限元分析时添加的力与实际工件夹紧力应基本相等。实际加工时上下方向可增加辅佐支撑，以防止数控加工时工件震动。

　　3结语

　　引起薄壁零件加工变形的原因很多，诸如切削力、材料变形、安装夹紧力等，本文对椭圆环工件安装夹紧力产生的变形进行有限元分析，利用变形后的数据数控编程，以主动抵消夹紧力产生的变形，加工后零件变形量符合图纸要求。

　　有限元分析论文篇2

　　关键词：高耸钢筋混凝土结构烟囱；爆破拆除；数值模拟；本构关系；有限元模型

　　1.引言

　　随着城市化进程和产业升级的不断推进，在城市建设和企业技术改造中，经常要开展烟囱、水塔等废弃高耸建筑物的控制性拆除爆破工作。拆除爆破既要达到预定拆除目的，又必须有效控制爆破振动影响、飞石抛掷距离和破坏范围等，以保障周围环境安全[1]。目前，国内外已广泛应用爆破方法拆除高耸建筑物，定向爆破拆除烟囱的高度已达210米[2]。

　　本文基于弹塑性力学和有限元基本理论，针对一150m高耸钢筋混凝土结构烟囱定向爆破拆除工程，对该烟囱爆破拆除的力学条件、烟囱爆破倾覆时间、烟囱爆破倾覆时的支座内力以及烟囱爆破倾覆时的本构关系进行研究，并采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA，通过分离式共节点建模，建立高耸钢筋混凝土烟囱有限元模型，对烟囱爆破拆除过程进行了有限元模拟。

　　2.爆破拆除方案

　　烟囱爆破拆除的原理是在烟囱倾倒一侧的烟囱支承筒壁底部炸开一个爆破缺口，破坏烟囱结构稳定性，导致整个结构失稳和重心外移，使烟囱在自重作用下形成倾覆力矩，进而使烟囱按预定方向倾倒。若烟囱爆破缺口长度过短，上部结构产生的倾覆力矩可能小于下部支撑结构可以承受的弯矩，爆破时结构不易发生破坏；若烟囱爆破缺口尺寸过长，下部支撑结构不能承受上部结构的自重，上部结构将直接压塌下部结构，影响烟囱倒塌方向，产生严重后果。因此烟囱爆破缺口尺寸对烟囱控制爆破拆除至关重要。

　　某电厂一个150m高度的钢筋混凝土结构烟囱，烟囱底部壁厚400mm，外径为5.83m、内径为5.43m；110m高度处烟囱璧厚为180mm，外径为3.68m、内径为3.5m；烟囱顶部壁厚200mm，外径为2.905m、内径为2.705m；烟囱体积为1299.87m3，质量为3.37966×106Kg，烟囱自重为33121KN。图1为该电厂150m高度的钢筋混凝土烟囱。

　　在爆破缺口中部长度7.5m范围内，采用137发瞬发导爆管雷管，总装药量8.22kg；第二段起爆雷管布置在爆破缺口余下的炮孔，采用140发导爆管毫秒延期雷管，总装药量8.4kg。此外，为保证烟囱顺利倒塌，在烟囱爆破缺口两端各开设了1个高1.46m、长4m的三角形作为定向窗。

　　3.烟囱爆破倾覆时间历程

　　烟囱爆破倾覆时间是烟囱爆破过程控制的一个重要因素，烟囱爆破倾覆时间可由烟囱倾覆过程的角加速度ε与烟囱倾覆过程的角速度求得，即：

　　在公式（1）中，dt为烟囱爆破倾覆时间。针对论文中150m高度的钢筋混凝土结构烟囱，其爆破倾覆时间为：

　　4.烟囱爆破拆除过程有限元模拟

　　4.1有限元模型

　　鉴于钢筋混凝土烟囱由钢筋和混凝土两种不同性能的材料组成，采用分离式共节点有限元建模，可事先分别计算混凝土和钢筋的单元刚度矩阵，然后统一集成到结构整体刚度矩阵中，可按实际配筋划分单元，并可在钢筋混凝土之间嵌入粘结单元。因此，论文针对该150m高度钢筋混凝土结构烟囱，基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件[11]，采用分离式有限元建模方法建立钢筋混凝土烟囱有限元模型。论文建立的烟囱有限元整体模型如图3所示。

　　建模过程时，为模拟烟囱倾覆过程，通过在特定时间定义爆破缺口处材料失效的方法来模拟爆破缺口的形成。筒体之间以及筒体与地面之间采用自动单面接触，钢筋与地面之间采用点面接触模拟烟囱倾覆触地。其中在ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件环境下可通过在K文件中加入使材料失效的命令流来模拟爆破形成缺口，并可修改K文件使烟囱筒体和缺口处的材料具有失效准则功能。

　　4.2数值模拟结果

　　图4为烟囱爆破倾覆历程数值模拟结果，图5为实际烟囱爆破倾覆历程图，图6和图7为有限元计算得到的烟囱顶部、质心及缺口等不同部位在爆破倾覆过程中的位移、运动速度随时间的变化曲线，图8为有限元计算得到的烟囱爆破倾覆历程不同时刻的烟囱等效应力场分布图。

　　由图4和图5可知，烟囱爆破倾覆历程数值模拟结果与实际烟囱爆破倾覆过程吻合较好。由图6和图7可知，计算得到的烟囱顶部、质心及缺口等不同部位在爆破倾覆过程中的位移、运动速度随时间的变化情况较符合实际。图7中烟囱顶部、质心及缺口部位在爆破倾覆过程中的运动速度随时间变化出现振动是因为爆破倾覆初期烟囱筒体出现晃动，图7中烟囱顶部、质心及缺口部位运动速度在5.8秒出现突变是因为烟囱爆破倾覆过程中爆破缺口发生闭合，图7中烟囱顶部、质心及缺口部位运动速度在5.8秒出现跃变是因为烟囱爆破倾覆触地造成的。

　　5.结论

　　（1）采用数值模拟方法对烟囱爆破拆除过程进行模拟分析，可较全面地研究烟囱倾覆历程、烟囱倾覆历程的应力、位移、烟囱倾覆时间和速度、烟囱爆破倾覆时的支座内力等，可开展烟囱模拟爆破拆除实验，以指导烟囱爆破拆除设计。

　　（2）采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA可模拟烟囱控制爆破拆除过程，采用分离式共节点有限元建模方法建模，实际烟囱倾覆历程、倾覆方位、倾覆长度与有限元数值模拟结果吻合较好。

　　（3）论文提出的烟囱爆破倾覆历程的本构关系符合实际；论文采用的材料塑性随动硬化模型以及可Cowper-Symonds材料应变率模型可较好地反应烟囱爆破倾覆过程的钢筋及混凝土材料力学性能。

　　（4）数值模拟结果与理论计算结果存在一定差别的主要原因是理论计算所采用的模型没有考虑烟囱爆破过程形成的塑性铰对烟囱倾覆运动的影响作用。数值模拟结果与实际烟囱爆破倾覆过程存在一定差别的主要原因是数值模拟所用材料参数与实际烟囱爆破倾覆过程材料力学性能存在偏差。

　　参考文献

　　[1] 张成化、罗惠敏、谢斌等.城市改造建设中拆除爆破安全管理的几点做法[J].采矿技术，2001.11（5）：178-179.

　　[2] 王希之、谢兴博、谭雪刚等.210m高烟囱爆破拆除技术.工程爆破，2011.17（2）：53-55.

　　[3] 汪浩、郑炳旭.拆除爆破综合技术[J].工程爆破，2003.9（1）：27-31.

　　[4] 叶海旺、薛江波、房泽法.基于LS-DYNA的砖烟囱爆破拆除模拟研究[J].爆破，2008.25（2）：39-42.

　　[5] 言志信、叶振辉、刘培林、曹小红.钢筋混凝土高烟囱定向爆破拆除倒塌过程研究[J].振动与冲击，2011.30（9）：197-210.

　　[6] 王斌、赵伏军、林大能、谷建新.筒形薄壁建筑物爆破切口形状的的有限元分析[J].采矿技术，2005.9：95-97.123.

　　[7] 赵根、张文煊、李永池.钢筋混凝土定向爆破参数与效果的DAA模拟[J].工程爆破，2006.12（3）：19-21.49.

　　[8] 孙金山、卢文波、谢先启.框架结构建筑物拆除爆破模拟技术研究[J].工程爆破，2004，10（4）：1-4.

　　有限元分析论文篇3

　　关键词：齿轮轴 UG 有限元分析 优化

　　0 引言

　　行星齿轮减速器因具有体积小、重量轻、承载能力高、结构紧凑、传动效率高等优点而广泛应用于冶金机械、工程机械、轻工机械、起重运输机械、石油化工机械等各个方面。UG软件是集CAD/CAE/CAM为一体的三维化的软件，它是当今最先进的计算机辅助设计、分析、制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。UG的CAD/CAE/CAM功能模块有复杂的特征建模、装配、运动仿真和有限元分析等功能。实现UG有限元分析功能，必须要遵从UG有限元分析的一般过程，构建有限元模型，其中包括自动网格划分、添加约束与载荷，利用图形的方式得到模型应力、应变的分布情况。机械优化设计，就是在给定的载荷和约束条件下，选择设计变量，建立目标函数并使其获得最优值的一种新的设计方法。

　　1 齿轮轴几何参数的初选

　　通过常规设计方法设计计算出齿轮轴的几何参数，齿轮轴的齿形为渐开线直齿。分配减速器传动比，计算齿轮模数，并根据传动比条件、同心条件、装配条件和邻接条件确定齿轮的齿数。齿轮轴的齿轮基本参数如表1所示。

　　2 齿轮轴的三维建模

　　利用UG/Modeling模块建立齿轮轴模型，如图1所示（去掉网格后的实体模型）。

　　2.1 网格划分

　　网格划分越密集，计算结果越精确，但是这会使计算时间加长。单元网格的划分采用UG自带的3D四面体自动网格划分，单元尺寸为3mm。网格划分情况如图1所示。

　　图1 齿轮轴的网格划分

　　2.2 定义材料特性

　　齿轮轴材料选择20Cr，其材料属性如下：质量密度 7.850e3kg/m^3，杨氏模量205000N/mm^2（MPa），泊松比0.29，屈服强度等于540N/mm^2（MPa）。

　　2.3 施加约束和载荷

　　齿轮轴两端由两个滚子轴承支撑，限制了空间5个自由度，只允许转动。本论文只考虑齿轮轴齿轮处的应力进而对其进行优化，所以为齿轮轴加载荷及约束，安装轴承处加圆柱形约束，在轴端即与联轴器相连处施加大小为175.083N·m的扭矩。约束和载荷施加情况如图2所示。

　　图2 齿轮轴的载荷施加

　　2.4 求解和结果查看

　　UG软件的结构分析模块提供了强大的后处理功能，可以自动生成计算分析报告。齿轮轴的Von Mises应力图如图3所示。单元节点最大应力为325.8MPa，基本接近材料屈服强度的60%。总体来说，输出轴在强度方面不仅满足了设计要求，而且还有很大的裕量，材料的承载能力并没有得到充分的利用，这为齿轮轴的优化提供了很大的空间。

　　图3 Von Mises应力图

　　3 齿轮轴的优化

　　设计目标：

　　最小化 模型 重量

　　设计约束：

　　模型 Von Mises 应力，上限=320000.000000

　　设计变量：

　　a：：p53，初值=38.000000，下限=32.000000，上限=38.000000

　　最大迭代次数：20

　　优化结果如图4，图5所示。

　　由图6迭代分析结果可以看出，在进行第三次迭代的过程中，应力值超出上限，所以，以第二次的迭代结果为准，此时的齿宽为35mm，应力值为295MPa，比较理想。所以常规设计方法得到的齿宽b=38应变为优化设计方法得到的齿宽b=35，此时的应力值为295Mpa，亦满足强度要求。

　　4 结束语

　　本论文利用UG的高级建模功能，在对行星齿轮减速器齿轮轴进行参数化建模的基础上，建立了有限元模型并进行了有限元分析，得到了齿轮轴的Von Mises应力图，替代了常规校核的设计方法，大大提高了设计效率。同时对齿轮轴的齿宽进行了优化设计，使得设计方案比原常规设计方案在齿轮轴重量上下降了2.02%。为多个设计变量（如模数、齿数）的单或多目标函数优化奠定了基础。

　　参考文献：

　　[1]孙恒，陈作模.机械原理.7版[M].北京：高等教育出版社，2002.

　　[2]濮良贵，纪名刚.机械设计.8版[M].北京：高等教育出版社，2001.

　　[3]吴春兰，王世杰.井下专用行星减速器中心齿轮有限元分析.沈阳工业大学学报，2004，26（4）.

　　[4]郭越.基于CATIA的减速器齿轮轴的有限元分析.延边大学农学学报，2010，32（2）.

　　有限元分析论文篇4

　　关键词：汽车零部件；快速设计；有限元分析

　　引言

　　快速设计是为实现加快新产品开发周期，提高设计效率减少重复劳动的目的而诞生的。不同于传统的设计，它储存了设计的整个过程，能设计出一簇而非单一的，形状和功能具有相似性的产品模型[1]。汽车零部件有很多零件虽然尺寸不同，但形状相差不大，建模的特征及顺序很接近，适合使用快速设计。

　　快速设计技术以及快速设计系统的开发是一个研究热点，国内外很多高校和研究机构都做出了大量的研究。太原理工大学的王铁教授提出功能元的概念，并将之用于手枪等的快速设计[2]。大连理工大学的马铁强教授将CAD模型的重用技术应用于产品的快速设计上[3]。中国科学技术大学的蒋维将混合模板库与锻压机床的快速设计进行了结合，并集成了CAE模块[4]。国外快速设计的研究一直走在我们的前头。波音、空客、福特等大型制造企业都有自己的快速设计系统。

　　我国已经是汽车产销大国。据中国汽车工业协会统计，据中国汽车工业协会统计，2013年我国新车销售2198.41万辆，同比增长13.87%，居世界第一。为了降低制造成本，提高产品的市场竞争力，整车制造厂商往往以客户的身份将汽车零部件以订单的方式下发到具有不同加工能力的中小型企业（供应商）生产。随着技术的发展，汽车更新换代速度加快，零部件制造企业如何快速响应，来协同整车制造企业正成为一个日益严重的问题。在我国制造业比较发达的上海和苏南地区，中小企业往往因为不能及时设计造成无法按期供应产品而导致跑单。

　　1.系统的功能要求

　　汽车零部件快速设计与有限元分析系统主要服务于中心型汽车零部件制造企业的，基于特征和参数化技术的，可以解决企业人才短缺，无法同时具备解决快速设计及有限元分析两部分内容的问题。一般中心型汽车零部件制造企业生产的产品具有类别相同，尺寸不同的特点因此，系统的应实现以下几个方面的功能：

　　1.1快速造型设计，输出三维模型和CAD图纸，显著提高零件的设计速度；

　　1.2零件的详细CAD模型和简化CAE模型的对应和设计参数的共享；

　　1.3零件有限元分析边界条件参数化，可实现快速有限元分析。

　　2.系统设计

　　2.1通过对同系列零件特征的分析，将特征进行归类，建立基于特征的参数表达式，通过特征的叠加得到同系列零件系列化的参数化模型。将零件进行归类、存档，构成零件的参数化模型库；

　　2.2运用KBE（Knowledge-Based Engineering）技术和软件工程的方法，以零件的参数化模型库为支撑，以通行的CAD/CAM软件UG作为开发平台，以UG/Open API和Microsoft VC++ 6.0作为开发工具和编程语言，开发零件的快速设计系统，提高设计速度；

　　2.3基于APDL（ANSYS Parametric Design Language，ANSYS参数化设计语言）建立零件的参数化有限元模型，实现特征和边界条件的参数化，并形成可用于分析*.txt文件。当用户在快速设计系统中输入参数建立零件的详细CAD模型的同时，系统将自动修改*.txt文件，重新生成分析文件。通过调用有限元分析软件ANSYS读取该*.txt文件对零件进行有限元分析，并可对零件进行结构优化设计。

　　3.结论

　　汽车零部件快速设计与有限元集成系统切中中心型汽车零部件制造企业不具备快速设计的问题。然而此类企业生产的产品具有类别相同，尺寸不同的特点。因此，系统根据实际情况来开发，具有明显的优势：

　　3.1通过建立零件的参数化模型库实现零件的快速设计；

　　3.2在完成零件详细的CAD模型的同时，系统自动完成简化CAE模型的建立，并传递设计参数，且所有模型都实现参数化；

　　3.3本系统的建立将极大的减少零件设计和分析的重复性工作，极大的提高设计效率。

　　参考文献：

　　[1]王良文，王传鹏，郭志强等. 基于ANSYS二次开发的塔式起重机快速设计系统[J]. 机械设计，2014，31（5）：69-74.

　　[2]张浩浩. 基于功能元的快速设计平台研究[D]. 太原：太原理工大学硕士学位论文，2006.

　　[3]马铁强. 支持产品快速设计的CAD模型重用技术研究[D]. 大连：大连理工大学博士学位论文，2009.

　　[4]蒋 维. 基于CAD/CAE混合模板库的锻压机床快速设计、优化方法研究[D]. 合肥：中国科学技术大学博士学位论文，2008.

　　[5]刘巍巍，邵文达，刘晓冰. 面向机械产品创新与快速设计的知识建模方法研究[J]. 组合机床与自动化加工技术，2014，（5）：27-30.

　　[6]王 志，张进生，于丰业等. 基于模块化的机械产品快速设计[J]. 机械设计，2004，21（8）：1-3.

　　作者简介：

　　项忠珂（1984- ），男，江西上饶人，硕士，讲师，研究方向：结构优化设计，汽车安全技术。

　　项菲菲（1988- ），女，江西丰城人，硕士，助教，研究方向：数字化设计技术及应用，汽车检测与评估。

　　有限元分析论文篇5

　　关键词：粘贴加固，有限元，仿真模拟

　　中图分类号：TU37文献标识码： A

　　钢筋混凝土结构是目前工业与民用建筑中最主要的结构形式。由于钢筋混凝土是由两种性质不同的材料——混凝土和钢筋组合而成的，它的性能明显地依赖于这两种材料的性能，特别是在非线性阶段，混凝土和钢筋本身的各种非线性性能，都不同程度地在这种组合材料中反映出来。

　　钢筋混凝土结构的有限元分析有与其他固体力学有限元分析有所不同，需要模拟混凝土的开裂和裂缝的发展过程，特别是在反复荷载作用下裂缝的开裂和闭合过程；需要在模型中适当反映钢筋与混凝土之间的粘结和滑移机理；需要模拟混凝土材料在达到峰值应力以后的性能，也应模拟钢筋屈服以后的性能；对于复杂的钢筋混凝土结构，材料非线性问题与几何非线性问题同时存在，使得计算分析的难度大大增加；分析结果强烈依赖混凝土材料和钢筋材料的本构关系以及钢筋和混凝土之间的粘结滑移的本构关系。

　　因此，对上述本构关系的深入研究和全面正确的描述是保证钢筋混凝土有限元分析结果正确可靠和能应用于工程实际的基本条件。

　　粘贴加固钢筋混凝土结构有限元分析与混凝土结构有限元分析一样，其模型的选择不仅与各种材料的本构关系和单元类型有关，还和混凝土结构有限元模型和边界约束条件紧密相关。

　　1 材料的本构关系

　　本构关系所基于的理论模型[2]主要有：弹性理论、非线性弹性理论、弹塑性理论、粘弹性理论、粘塑性理论、损伤力学理论、内时理论等。

　　1.1 钢筋的本构关系

　　在有限元分析中，常采用的钢筋本构关系是单向加载下，钢筋的应力－应变关系，表述如下：软钢的应力－应变曲线可分为三段：弹性段，屈服平台和强化段。如图1所示，弹性段是以E（钢筋弹性模量）为斜率；屈服平台是斜率为零的水平线。

　　1.2 混凝土的本构关系

　　混凝土的应力－应变(σ?ε)关系是钢筋混凝土构件强度计算、超静定结构内力分析、结构延性计算和钢筋混凝土有限元分析的重要基础。从试验可以得到混凝土受压时的关系曲线，考虑到钢筋混凝土结构的特点及计算分析的方便，在钢筋混凝土结构非线性有限元分析中应用得较多的是非线性弹性理论和弹塑性理论。其近似本构关系如图2所示。

　　图1 钢筋应力应变曲线图 图2 混凝土应力应变曲线

　　1.3 粘贴材料的本构关系

　　在实际工程中常用的粘贴材料为钢板和碳纤维，钢板的本构关系与钢筋相类似，常简化理想弹塑性和线性强化弹塑性本构关系，如图3所示；碳纤维为理想线弹性材料，其应力－应变关系取为线弹性模型，如图4所示。

　　图3 理想弹塑性本构关系 图4 线弹性本构关系

　　2 单元类型

　　用有限元方法分析粘贴加固钢筋混凝土结构，其单元选择与一般固体力学有限元是一致的，常用的单元类型有实体单元、板壳单元、杆件单元和联结单元。杆件和板壳单元主要用于整体结构中的单个构件模拟，所得的模拟结果受到一定限制，如杆单元只能承受轴力而不能受弯和受剪，因此常被用于模拟一些特定的材料（如钢筋）。混凝土，钢筋混凝土以及粘贴材料一般用实体单元来模拟。当考虑粘钢或钢筋与混凝土之间的相对滑移时，一般引入反映两者间界面性能的单元即联结单元。

　　3 钢筋混凝土有限元模型

　　钢筋混凝土结构由钢筋和混凝土两种材料组成，这类结构的离散化与一般均匀连续的一种或几种材料组成的结构有类似之处，但也有不同之点。在钢筋混凝土结构中，钢筋一般被包围于混凝土之中，且体积相对较小，因此，在建立钢筋混凝土的有限元模型时，必须考虑到这一特点。通常构成钢筋混凝土结构的有限元结构模型[3]主要有三种方式：整体式、分离式和组合式

　　4 仿真分析的几点问题

　　4.1 前处理

　　（1） 选取单元类型

　　钢板与混凝土间通过结构胶粘结，具有良好的粘结界面，我们可以近似不考虑两者之间的错动，建模时使钢板与混凝土之间共用节点，从而保证两者之间位移协调[4]。

　　（2） 设置实常数

　　本次模拟不同方案所需定义实常数的单元都各自不同，如整体式模型方案中，钢筋的作用弥散于单元中，故需对于这部分的混凝土定义实常数。

　　（3） 定义材料属性

　　混凝土是脆性材料，它的变形特性不同于金属材料，而与材料体内微裂缝的扩展有关。但从宏观上来看，仍然可以假定混凝土的应力－应变特性由第一阶段的弹性变形，以及第二、三阶段相应的非线性加工强化部分组成。在非线性阶段，总的应变分为弹性部分和塑性部分。由于混凝土材料体内微裂缝的扩展引起的“塑形应变”被定义为一个不可恢复的变形。

　　（4） 有限元建模

　　整体式模型中，有两个实体组成－混凝土和钢板。分离式模型中，根据混凝土内部钢筋的构造用工作平面将混凝土柱剖分成若干块，在剖分完的混凝土实体模型中按照试验实际情况选取适当的体线作为纵筋和箍筋。这样，模型就由素混凝土、钢筋和钢板三种实体组成。在计算中如果出现因支座处或集中力作用处的应力集中现象而使梁未达到极限承载力就先行破坏，则在有限元实体建模中各自加一块刚性或弹性垫块。

　　（5） 剖分网格

　　算例中可采用映射的方式对混凝土、钢板以及刚性垫板进行网格划分，从而得到规整的单元形状以提高分析的精确性以及计算的收敛。为了便于各种方案的计算结果比较，每种方案网格划分的尺寸都相同。

　　（6） 定义荷载

　　算例中荷载的施加是在集中荷载处的单元节点上施加节点荷载，或在上面施加刚性垫块后再在垫块上施加节点荷载。

　　4.2 求解

　　（1） 荷载步与子步数

　　钢筋混凝土梁因所施加的荷载比较单一，只设定一个荷载子步，至于子步数的设置只给出最小和最大子步数，通过激活自动时间分步来调整所需要的时间步长，从而获得精度和计算时间之间的良好平衡。

　　（2） 牛顿－拉普森平衡迭代

　　由于纯粹的增量近似不可避免地随着每一个载荷增量积累误差，导致结果最终失去平衡。有限元程序通过使用牛顿－拉普森平衡迭代克服了这种困难，它迫使在每一个载荷增量的末端的解达到平衡收敛（在某个容限范围内）。

　　（3） 确定收敛准则

　　程序将连续进行平衡迭代直到满足收敛准则或者直到达到允许的最大平衡迭代数。我们可以用缺省的收敛准则，也可以自己定义收敛准则。

　　4.3 后处理

　　可根据分析需要提取各级荷载作用下混凝土梁所有节点和单元的位移、应力、应变、变形以及裂缝开展等各方面的计算结果。

　　5 算例

　　梁模型设计成单跨简支梁来模拟建筑物中需加固的梁。跨度为4500mm，净跨为4200mm，矩形截面尺寸为150mm×350mm，混凝土标号为C30，架立筋为2Φ8，梁底受拉纵筋为2Φ14，梁两端箍筋配为Φ8@150，梁跨中箍筋配为Φ8@200，均为双肢箍。简支梁采用千斤顶利用分配梁在三分点处对称加载，使梁跨中处于纯弯矩状态。在正式加载前，先进行预加载，使构件变形和荷载的关系趋于稳定。加固材料选用HRB335钢，厚度为4mm，长度为3400 mm。粘结剂采用JGN型建筑结构胶。

　　图5 粘贴加固梁的竖向位移云图

　　图5为在承载力24000N的竖向荷载下，粘贴钢板加固梁的竖向挠度图，从图中可以看出，模型梁的中点挠度为1.435mm。

　　6 致谢

　　本工作得到湖北理工学院大学生科技创新专项研究项目的资助（项目编号：11cx18）。

　　参考文献：

　　[1] 吕西林，金国芳，吴晓涵．钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用．上海：同济大学出版社，2002．

　　[2] 王勖成，邵敏．有限单元法基本原理和数值方法．北京：清华大学出版社，2005．

　　[3] 洪芳．粘贴加固钢筋混凝土梁的仿真分析[硕士论文]．北京科技大学，2006．

　　有限元分析论文篇6

　　关键词：超大型平头塔式起重机；平衡臂；优化设计；有限元

　　中图分类号：TH2文献标识码：A

　　Abstract：Taking the counterjib of T3000160 super large flattop tower crane as the research object，the structure is optimized. Firstly，the finite element simulation model of the counterjib is established. Then，the APDL algorithm language and parametric technique in Ansys are used to parameterize the design dimensions of the counterjib structure. Through the structural optimization，the optimal crosssectional dimension of the main structure of the counterjib is obtained，The results show that the overall strength and rigidity of the counterjib meet the design requirements，and the parametric design can improve the design quality of the construction machinery.

　　Key words：super large flattop tower crane，counterjib，optimized design，finite element

　　1引言

　　S着有限元技术的不断发展，计算机辅助设计在塔式起重机关键组成部件的优化分析设计中得到了广泛应用。计算机辅助设计及有限元分析技术的引进使用，使得塔机产品使用起来更加安全和高效。超大型平头塔式起重机作为塔机发展的方向，其结构复杂，工况多样，仅仅对其进行整体的综合系统设计是不够的，更应该关注其细节结构设计分析，关注计算机优化设计。

　　本论文选取T3000160超大型平头塔式起重机作为研究对象，利用计算机辅助设计技术对平衡臂结构进行有限元建模分析，使用APDL算法完成平衡臂结构的优化设计，达到降本增效的目的。

　　2Ansys有限元分析优化设计的有关概念121设计变量设计方案完成后，其中的设计元素可以用一组基本参数数值来表示，这一组参数数值就是所谓的设计变量。

　　22目标函数

　　在产品结构设计中，可以利用一些设计指标衡量一项设计方案的好坏，通过把设计指标参数化得到相关函数来表示这些指标，这些相关函数即是优化设计的目标函数。

　　计算技术与自动化2017年6月第36卷第2期郭纪斌等：基于Ansys的超大型平头塔式起重机平衡臂优化设计23约束性条件

　　所谓约束性条件是在对与目标函数相关的设计变量进行取值时加入的限制性条件。约束类型按照目标函数中设计变量的不同性质可分为边界性约束和性能性约束。

　　24合理性设计

　　所谓合理性设计是指满足设计方案所有给定约束条件（包括设计变量的约束和状态变量的约束）的设计。倘若给定约束条件中的任一条未满足，该设计就被认为是不合理的。而最优设计就是既能满足所有约束条件同时目标函数值又是最小的设计。

　　3超大型平头塔机平衡臂优化设计的步骤

　　在Ansys软件中可以用两种方式进行结构优化设计：图形交互式或者数据批处理来完成。在本论文中，选用数据批处理方式来进行平衡臂结构优化设计，以期提高优化设计效率。

　　由于用户采用优化方式的差异（批处理或GUI方式），Ansys优化设计步骤会有些许差别。本论文中平衡臂优化设计步骤如下：

　　31分析文件的生成1311参数化建立模型通过Ansys软件/PREP7命令把设计方案中的设计变量参数化建立数据模型的工作完成。对于本论文选定的T3000160超大型平头塔式起重机平衡臂，设计变量是拉杆和臂架弦杆的尺寸，如表1所示。

　　表1设计变量

　　设计变量1初值（mm）1变量含义X112001平衡臂下弦杆角钢L200X36的截面长度X21361平衡臂下弦杆角钢L200X36的截面长度X31651平衡臂拉杆圆钢Φ130的半径

　　312计算求解

　　Ansys中的求解器主要是对分析类型和分析选项在优化过程中进行定义，并完成载荷的施加，及对载荷步的指定，最后进行有限元分析计算，同时在分析过程中需要的数据都要在计算求解过程中指出。

　　在本论文平衡臂的优化分析中，solution 部分输入如下：

　　/SOLU

　　PREP7，

　　…

　　BEAM，P21X，5，PRES，-0.2c-5，…

　　Acc1，0，10000，0，

　　AUTO CP，0，0.65*2，

　　SOLVE，

　　FINISH。

　　313提取参数化分析结果

　　对分析结果进行提取并给相应的参数赋值，这些参数通常情况下包括目标函数和状态变量。完成本步操作使用POST1命令，尤其是与数据的存储、加减或者其他操作相关时，而对数据的提取通常用*GET命令（Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data）来完成。

　　在本论文研究中，设置平衡臂总重量为目标函数。因为重量和体积成比例关系，对产品总体积的减小就相当于总重量的减少，因此把总体积设计为目标函数。在优化研究中，把轴向应力、节点位移设置为状态变量。这些参数的设定可以用下面的方法进行定义：

　　/POST1

　　ETABLE，evolume，VOLU，

　　QR SSUM

　　*GET，VOLUME，SSUM，DEFORMED，EVOLUME

　　…

　　QR，SMAX_E，LS，0，1

　　CP，ETAB，SMAX_E，0，1，

　　*GET，SMAX_E，SORT，MAX

　　…

　　*GETT，DYMAX1，NODE，1528，Z，Y

　　…

　　32对计算结果优化分析

　　建立完成分析文件之后，就可以利用计算机进行优化分析。在优化处理器中，这些相关参数的值被假定为一个设计序列，所有参数会在Ansys数据库中被自动设置为设计序列1。

　　4超大型平头塔机平衡臂优化设计结果

　　通过10次迭代计算完成对模型参数的优化，目标函数与设计变量的变化如图1―图3所示。

　　图1设计变量X1优化示意图图2设计变量X2优化示意图图3设计变量X3优化示意图通过上面的优化示意图可以看出，三个设计变量都是平衡臂主结构件的截面尺寸，经过优化计算，截面尺寸都得以减小，而与其相关的目标函数（平衡臂总体积）有总体减小的趋势。

　　在优化计算时不仅要减少平衡臂体积，同时其结构对强度和刚度的设计要求也要满足，所以本研究增设状态变量1（平衡臂端部位移）和状态变量2（截面危险节点的应力值）为研究对象，其优化过程如图4―图5所示。

　　图4状态变量1优化示意图图5状态变量2优化示意图从两个状态变量的优化过程可以看出，在经过多次迭代优化后各状态变量值变量均在设定值范围内变化，变化非常小。

　　目标函数的最优解在Ansys优化设计过程可以自动选出，在本论文中得出的最优解见表2。

　　由优化计算结果可以看出，平衡臂总质量由18.87吨优化到了17.13吨，p少了1.74吨，减重百分比为9.22%。与初始设计方案相对比，优化后主体结构件截面尺寸减小，从而降低了平衡臂总质量，达到了减轻平衡臂总重量的优化设计目标。通过对优化模型有限元分析结果的检查，其结构刚度、强度均符合设计要求，如表2所示。

　　本论文选用Ansys一阶优化方法对以平衡臂总质量为目标函数的方案进行计算优化，优化后平衡臂结构强度刚度均在设计允许值范围内。通过定义主要结构件尺寸的优化，平衡臂总重量减少1.74吨，降幅9.22%。

　　5结论

　　本论文以T3000160超大型平头塔式起重机平衡臂的优化设计为研究对象，采用现代设计理论和方法，使用主流有限元分析软件Ansys完成对平衡臂结构的优化分析，其过程主要如下。

　　（1）建立T3000160塔机平衡臂有限元分析模型，选用BEAM188，MASS21等作为模型分析单元，确保有限元模型结构、重量等参数的设置符合实际情况。

　　（2）各项参数满足设计方案要求。通过优化分析，得到平衡臂主体结构件的最优截面尺寸，同时有限元分析结果表明整体结构强度和刚度满足设计方案需求。

　　（3）本论文选取T3000160超大型平头塔式起重机的平衡臂进行有限元分析优化设计，为超大型平头塔式起重机平衡臂及其他相关部件结构的强度分析和设计提供一个理论性的支撑，同时提高工程机械设计质量，缩短设计周期，促进优化设计法在起重机设计中的应用。

　　参考文献

　　[1]张洪信.ANSYS基础与实例教程[M].北京：机械工业出版社.2013.

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　　[5]李新华，张毅，戴琳.塔式起重机起重臂的模糊优化设计[J].机械与电子.2010（9）：92-93.

　　[6]孙运见，孙乐.基于Jaumin的等参单元算法框架设计[J].计算机辅助工程.2015（1）：63-67.

　　[7]杨周妮，吴作伟，雷铁安. ANSYS优化方法与遗传算法在结构优化方面的比较[J]. 自动化技术与应用.2004（7）：4-6.

　　有限元分析论文篇7

　　【关键词】压力容器 应力分析 优化分析 有限元ANSYS

　　【Abstract】Taking engineering actual demand into account， ANSYS finite element software studies and analyzes stress and deformation of pressure vessels .Then to follow the design principles as a precondition， finite element model of pressure vessels to optimize the design and analysis， which aims at minimizing the quality after meeting the strength and stiffness requirements. At the same time， optimization analysis module of ANSYS carries on the optimization with pressure and wall thickness， provide theoretical basis with optimization.

　　【Key words】pressure vessels；Stress Analysis；optimization；ANSYS finite element software

　　1 引言

　　随着科技的发展，压力容器在众多工业部门中有着广泛的应用，对压力容器的要求也越来越高。以往的压力容器及其部件的设计基本采用常规设计法，以弹性失效准则为基础，材料的许用应力采用较大的安全系数来保障。由于设计偏于保守使得设计的容器比较笨重，且成本较高，材料有所浪费。

　　随着工化设计朝着大型化，复杂化，高参数化方向发展，压力容器部件越来越多的利用有限元压力分析来完成。新的分析设计主要以塑性失效和弹塑性失效准则为基础，比较详细的计算了容器和承压部件的应力，并利用大型有限元软件ANSYS对压力容器的壁厚及承压进行优化设计分析。

　　2 典型压力容器有限元分析

　　2.1 基于ANSYS的压力容器有限元分析

　　在分析过程中压力容器将空间问题平面化，有限元模型选取PLANE42单元。在ANSYS软件中采用直接建模的方法，省略压力容器的其他结构（如群座、螺栓等），并设定轴对称选项，建立1/4轴对称分析模型如图2-2示。端部封头对称面各节点约束水平向位移，筒体下端各节点约束轴向位移，内壁施加均布荷载P=10Mpa.

　　2.1.1 对有限元模型施加边界条件并求解

　　有限元分析的目的是了解模型对外部施加荷载的响应。在本例中，模型受到的荷载有内压，外压，重力以及支撑力，考虑到重力，外压和支撑力相对内压的影响而言作用甚小，可以忽略。因此只对内壁施加线荷载P=10Mpa，接下来进入求解处理器进行求解，获得位移云图及应力云图，如图2-1，2-2示。

　　图 2-1 工作压力为10 Mpa时的位移云图 图 2-2 工作压力为10 Mpa时的应力云图

　　图中位移及应力大小分别采用不同的颜色表示，其中红色表示位移及应力的最大值，蓝色是最小值。从图中可以看出位移的最大值出现在筒体下端，为1.2mm；应力的最大值出现在筒体与端部过渡的弧形处，最大值为95.7Mpa。

　　2.1.2 结果分析

　　图2-1，2-2反映了筒壁受内压作用后结构模型的位移、应力情况，从图中可以看出：（1）由于受内压作用，筒壁向外膨胀，模型为轴对称图形，所受的压力是均布的，膨胀亦是均匀的，与预期相符；（2）筒壁沿轴向应力分布是不均匀的，应力最大出现在筒体与端部进气管的过渡处。这是因为模型进气管处尺寸发生了较大变化，导致应力集中，所以数值模拟结果是合理的；（3）通过对筒壁进行强度校核表明，当材料采用Q235-A时，压力容器的最大应力值远小于其许用应力（235Mpa），表明筒体的承压空间还是有一定的提高潜势的。

　　2.2 压力容器承压能力的分析

　　上述结果中表明该压力容器的承压空间还可以提升，故此对该模型分别施加线荷载P=5Mpa、15Mpa、16Mpa、17Mpa、18Mpa、19Mpa、20Mpa、25Mpa，分析其结果变化。图2-3，2-4是模型的最大位移、最大应力值随压力的变化曲线图。

　　从图中可以看出：（1）位移和应力均随着压力的增加而变大，变化速率由大变小最后趋于平缓；（2）分析位移及应力的变化曲线表明，自开始加载到施加荷载15Mpa，其变化为线性变化，15Mpa到加载至25Mpa时，变化增长缓慢甚至趋于平缓。这与钢材的力学性能有关：钢材从加载到拉断，有四个阶段，即弹性阶段、屈服阶段、强化阶段与破坏阶段。从加载到某一定值时曲线呈直线变化是因为钢材处于弹性阶段，再继续加载曲线出现平缓是因为钢材进入屈服阶段，产生塑性变形。所以也可以证明该有限元分析的可靠性；（3）从图中易找出曲线从直线段过渡到平缓段的临界点，即压力15Mpa，此时该模型的最大位移为2.03mm，最大应力值为168Mpa（小于许用应力235Mpa）。

　　图2-3 不同承压下最大位移值的变化曲线 图2-4 最大应力随承压的变化曲线

　　2.3 压力容器厚度的优化设计

　　为了充分提高压力容器的整体性能和材料的有效利用率，基于“塑性失效”和“弹塑性失效”准则，以板壳理论，弹性与塑性理论及有限元方法，根据具体工况，对压力容器各部位进行详细的应力计算及分析，在不降低设备安全性的前提下选取相对较低的安全系数，从而降低结构的厚度，使材料得到有效利用。

　　上述承压15Mpa时该压力容器的最大位移值为2mm，最大应力值168Mpa小于其许用应力235Mpa，故可以考虑变化筒壁厚度，使材料发挥最大强度。所以在临界承压15Mpa的作用下试将原筒壁厚度25mm变为20mm，21mm，22mm，30mm进行试算。下图2-5、2-6为最大位移值、最大应力值随筒壁厚度的变化曲线。

　　图2-5 最大位移值随筒壁厚度的变化曲线 图2-6 最大应力值随筒壁厚度的变化曲线

　　由图可以看出：（1）在临界承压15Mpa下，容器的最大位移值、最大应力值均随着筒壁厚度的增加而减小；（2）从最大应力值与筒体壁厚的变化曲线中可以看出，当壁厚为21mm时其最大应力值为231Mpa小于其许用应力。故此可以认为在临界承压下，该压力容器的最优筒体壁厚为21mm，在此条件材料能发挥较高的强度。

　　3结语

　　本文采用ANSYSY软件对压力容器的位移、应力进行了较为详细的分析，同时对压力容器在满足给定刚度和强度条件下进行厚度最小的优化设计。研究计算结果可以发现：

　　（1）压力容器在受内压时，筒体中间位置变形最大，最大应力则发生在端部进气管与筒体的过渡处；

　　（2）在该给定容器的条件中，可以得到此容器的最大临界承压为15Mpa，此时的刚度、强度及应力均满足要求；

　　（3）为了最大发挥材料的用途，在满足给定强度和刚度条件下对该容器进行优化设计，可以得到其最优筒壁厚度为21mm。

　　同时也可以看出ANSYSY软件对分析压力容器的可靠性，有效性。很大程度上减少了设计成本和设计周期，也为更复杂的结构设计提供了新的方法。

　　参考文献：

　　[1] 全国压力容器标准化技术委员会，JB4732，1995.钢制压力容器---分析设计标准[R].北京：中国标准出版社，1995.

　　[2] 朱爱华.应用有限元分析软件进行优化设计（期刊论文）.机械制造与设计，2005（12）.

　　[3]夏峰社，朱哲，淡勇.高压容器筒体结构的最优化设计〔期刊论文〕.西安石油大学学报，2010（1）.

　　[4] 彭翠玲，艾华宁，刘青松，向文元.基于ANSYS的压力容器可靠性分析〔期刊论文〕.核动力工程，2009（2）.

　　[5]杜军鸽，张亚新.基于ANSYS软件的椭圆形封头压力容器的力学综合分析〔期刊论文〕.轻工机械，2007（4）.

　　有限元分析论文篇8

　　[关键词]教学改革 教材建设 教学方式 实践教学 评价指标

　　[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）16-0076-02

　　创新教育是一种全新的教育理念，主要是树立以学生为中心的观念，通过调动学生的学习积极性，教给学生创造性的思维方式，培养学生的创新精神和创造能力。“材料加工过程中的物理场”是材料加工专业的学科基础理论课，该课程理论性强，且涉及的学科基础理论课程多，曾经是该专业本科生和硕士研究生比较头疼的课程之一。但由于该专业在产品开发及工艺设计阶段普遍采用计算机仿真技术，该课程作为计算机仿真的理论基础对提高仿真的技术水平具有重要的价值，开展该课程的教学和研究又是非常必要的。下面就推进该课程的教学改革，提高培养工程应用创新人才的质量谈一些体会。

　　一、因材施教，抓好教材建设是推进课程教学改革的突破口

　　“材料加工过程中的物理场”是材料成形计算机仿真的基础理论课程，教学目标是让学生学习材料成形的数值分析理论基础，预先需要开设的课程有高等数学、线性代数、材料力学、弹性力学理论基础及金属塑性成形原理等，是一门教学起点高、理论性很强的课程。虽然国内已经有不少通用数值分析理论书籍及材料成形数值分析教材，但多数教材太注重自身理论体系的严密性和完整性，不太注重学生的知识基础及认知规律，因而往往起点太高并不适合作为我校本科生及硕士研究生的教材。鉴于此，我们结合当前应用型大学材料加工工程专业本科及硕士研究生教育专业知识背景的实际情况，并着眼于未来市场对工程创新人才的需要，编写了《材料成形的数值分析理论基础及软件应用讲义》供内部使用，作为推进该课程教学改革的突破口，取得了良好效果。在课程教材建设的过程中，主要基于以下思考：

　　1.教材内容及课程设置一定要符合学生的认知规律。

　　对于本科生，考虑到对预先开设的理论课程的要求，该课程应设置在专业基础课讲授完成以后为好。在教材内容上，要做到循序渐进、由浅入深、量体裁衣、因材施教。

　　2.教材内容总体把握分为两大部分，即线性有限元分析理论基础和非线性有限元及其在金属塑性加工中的应用。

　　第一部分侧重于基本概念、基本知识、基本理论的学习，第二部分在线性有限元分析理论的基础上，侧重于金属塑性加工非线性有限元理论体系的构建，并理论联系实际落实到应用实例。

　　3.在具体章节内容的安排上，不追求理论体系的严密性和完整性，但要符合学生的认知规律，由浅入深、循序渐进、量体裁衣，并在一定程度上注重知识的系统性。

　　譬如，第一章绪论主要介绍了工程上常用的几种数值分析方法及其适用的应用领域，有限元法作为最重要的一种数值分析方法做了详细介绍，并介绍了工程上常用的通用有限元分析软件及材料成形专用有限元分析软件。使学生对开设该课程的背景有一个直观的认识，该课程离现实并不遥远，对于将来的工程应用或理论研究都具有重要价值。

　　考虑到我校材料加工专业及多数高校工程专业在本科课程中并未开设弹性力学理论课程，而弹性力学的基础理论及变分原理又是学习数值分析理论必须要掌握的内容，因此在教材的第二章对弹性力学的基本方程及变分原理做了系统介绍。第三章介绍了杆梁系结构有限元分析的一般过程，以杆单元分析为主，并简要介绍梁单元的概念。杆单元是有限元分析中最简单的一种单元，但杆系结构的有限元分析却能反映有限元分析的一般流程和有限元法最本质的东西，并且学生容易接受，所以本章安排了一个一般杆系结构的有限元分析实例，使学生对有限元分析的整个过程有一个清晰的认识。第四章介绍了连续体结构有限元分析的基础理论，重点介绍二维平面问题、轴对称问题及三维连续体问题单元模型的构造方法，并简要介绍板壳单元的基本理论。第五章介绍等参元的概念及计算、二维及三维连续体等参元的构造方法、三维一般壳体单元的构造方法，并介绍数值积分的概念及计算方法。

　　金属的塑性成形主要是通过锻造、挤压、拉拔、轧制、冲压等工艺把金属加工成所需零件形状的一种方法，反映金属塑性加工的有限元法主要是指刚（粘）塑性有限元理论及大变形弹塑性有限元理论。所以第二部分针对锻造、挤压等工艺着重介绍指刚（粘）塑性有限元理论体系及应用，而针对冲压工艺着重介绍大变形弹塑性有限元理论体系及应用。

　　4.教材力求语言精辟、通俗易懂，并把知识的系统性和应用性相结合。

　　教材在编写过程中，要注意把握知识理论的逻辑性，并用精辟和通俗易懂的语言叙述出来。由于该课程最后要体现为金属塑性加工数值仿真的基础理论课，在第一部分线性有限元理论内容的设置上，要注意把握知识的系统性和应用性的结合，譬如轴对称体单元及三维一般壳单元等理论知识的介绍。

　　5.教材建设要在实践中不断充实、完善和提高。

　　针对每次的教学实践，都应该和学生和有关专家及时进行沟通交流，了解哪些地方需要补充，哪些地方需要改进，力求教材在教学实践中不断完善和提高，更好地为我校和其他高等院校工程专业提供服务。

　　二、更新教育理念，改革课堂教学方式是推进课程教学改革的重要内容

　　1.积极推进主动式学习方式，发挥学生学习的创造性。

　　在研究生该课程的课堂教学中，针对非线性有限元理论的学习，由于该部分内容多且理论深度较深，总学时有限，以前采用灌输式的教学方式并没有取得好的教学效果。我们采用了以下教学改革方式，结合笔者在非线性有限元理论以往丰富的研究经验，首先从总体上概括性地分别向学生讲授刚塑性及大变形弹塑性有限元理论体系，然后针对每一部分分别推荐有效的参考资料，并布置若干研究专题。学生在分组获得一个研究专题后，到图书馆或通过网络主动查阅资料，首先对每一部分进行系统学习，然后针对自己的研究专题深入研究，撰写研究论文和PPT。在以后的课堂教学中，各个同学分别用PPT讲解自己的研究内容，并在课堂交流中和老师、同学一起讨论，共同促进研究专题的学习。

　　2.采用多媒体教学方式，改进课堂教学效果。

　　事实证明，采用多媒体教学并和板书方式相结合，能够做到言简意赅，重点突出，科学知识的逻辑性和结果的形象性相结合，改进了教学效果，提高了工作效率。

　　三、加强课堂实践教学，是推进课程教学改革的重要环节

　　理论学习和软件应用相结合，一方面可以加深对理论学习抽象概念和严密知识的理解，对金属塑性成形仿真过程有一个比较直观的认识，是课堂教学知识性和趣味性一个比较好的结合；另一方面，软件应用本身不单纯是对学生一门操作技能的训练，更重要的是通过实践教学对学生创新能力的一种培养。我们采取了以下方式加强了课堂实践教学：

　　1.优选出一种金属塑性加工仿真软件，拿出一定的学时上机讲授该软件的具体操作方法。

　　2.精选出一个金属塑性加工实例，应用该软件向学生讲授实例的建模、运算和后处理整个操作过程。结合已经学习的仿真基础理论知识，详细讲授实例建模过程中一些技术参数、工艺参数的设置方法，并学会运用理论知识查阅软件理论手册，让学生真正理解理论知识和软件应用相结合，并终生受益。

　　3.让学生独立操作一个工程实例，作为培养其工程创新能力的一个训练和该课程的一个考核指标。

　　四、改革课程评价指标，是推进课程教学改革的保障

　　课程教学效果科学的评价指标，不但是对课程教学效果的检验，而且是对推进课程教学改革的一个保障。由于该课程是由理论知识讲授、师生互动学习及课堂实践教学有机结合的整体，因此该课程的科学评价指标应反映这三方面的实际教学效果。学生该课程的最终考核成绩是由三方面综合确定的：一是理论考核笔试成绩，二是平时作业及专题研究论文成绩，三是工程实例仿真研究成绩。

　　[ 参 考 文 献 ]

　　[1] 王祖源，严导淦.工科物理课程改革与教材建设[J].中国大学教学，2011，（12）：36-38.

　　[2] 赵礼峰.数学实验课程对大学生素质培养的重要作用[J].中国大学教学，2011，（12）：42-44.

　　[3] 朱恒夫.美国著名大学本科生创新教育述评[J].中国大学教学，2011，（10）：90-95.

标签：设计分析有限烟囱优化结构