机械类专业有限元法课程教学方面的探索

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众所周知.每-种 自然现象的背后都有相应的物理规律及其对应的控制方程l1.然而针对实际的工程问题获得问题的数学解却很困难 。

人们因此就多采用数值方法给出近似的满足工程精度要求的解答 .有限元方法就是-种应用十分广泛的数值分析方法 有限元法作为机械类专业的-1'7学位课.该课程具有很强的理论性与实践性 在实际教学过程中.必须将理论教学与实践教学紧密结合.才能使学生真正掌握有限元法的基础知识并灵活运用于生产实践[2-3]目前高校机械类专业的本科教学的有限元法课程内容五花八门。

有些只讲述有限元软件(Ansvs)的操作及运用.这种导致了学生学习有限元成了无本之木、无源之水”.不能用有限元法解决实际工作中各种复杂的问题 ：有些兼顾有限元理论与有限元软件.但 由于有限元方法的理论知识与数学、力学密切相关，涉及到变分原理、矩阵代数、材料力学、结构力学 、弹性力学等多门课程的内容 ，起点较高，课程内容较复杂和繁琐 这样-方面.这将使得原本难以理解的有限元理论更加抽象化.使学生失去了应有的学习兴趣：另-方面，很容易导致理论与实践脱节.使学生难以摆脱从课本到课本的循环。由此导致学习的知识与社会需求的脱节，学生的实际能力并没有提高 。针对上述方面对有限元法课程教学进行改革.力争做到机械类本科毕业生基本具备有限元法理论知识和操作有限元软件的能力.在工作岗位上具有向更高层发展的潜质1 建立立体化的教学体系在开设有限元法课程时.许多学生却对已经学过的数学知识、力学知识已经遗忘.这就需要在教学中适当添加-些与有限元有关的数学求解原理与力学分析基矗如弹性问题中的应力应变表示.近似求解的虚功原理等 其次是将授课的理论知识重点放在有限元思想的建立、有限元方法的运用 、-维和平面问题的有限元等方面。由浅人深，先从-维杆梁结构的有限元开始.到平面三角形单元及四边形等参单元.讲解线性静力有限元结构分析基本原理、计算公式和计算步骤。配合例题.重点介绍平面三角形单元及四边形等参元的形函数、应变矩阵、单元刚度矩阵、等效结点力的计算公式和计算方法以及整体平衡方程的建立.从而让学生对有限元结构分析基本原理 、计算公式和计算步骤有较深的理解在传统的软件教学过程中.以Ansys软件的经典界面为主。学生- 般按照指导书上的Ansvs软件操作流程来完成操作 .独立思考的机会很少：同时Ansys经典界面上英语单词量大.这就-方面造成学生畏惧的心理 .另-方面不利于学生在运用软件解决实际能力方面的培养 导致学生在学习有限元软件过程中具有盲 目性 .缺少循序渐进的思考方式 。针对这种情况.在教学中引入 ANSYS Workbench软件进行辅助教学.可以很容易地模拟出机械类各种机构的运行过程。这样即可以加深学生对抽象的机械原理以及工程应用的理解.又提高学生的学习兴趣.并提高其分析和解决实际工程问题的能力。

针对学生提出的疑问，进行汇总。发布到校内网络课堂；鼓励同学上网浏览校外同类资源及相关行业网站论坛；编写实验上机指导书，使加深学生对理论知识的理解.培养学生的实际动手能力。以上总总，均是学生消化吸收所学知识和真正掌握有限元应用的重要源泉。只有采用立体化教学体系.调动学生的学习主动性.学生才能真正投人到有限元分析的过程中来.并在使用中发现问题.独立或在教师的帮助下分析问题.最终具备独立解决问题的能力2 研讨式教学方法大多数学生-接触到这门课就产生了疑问：有限元法太理论化了.以后工作中能用得到吗”教师采用以工程问题为切入点.基于实际问题的教学方法。采用丰富的多媒体课件使学生对杆、梁、板等简单结构分析过程作形象演义.先使学生了解有限元法的梗概.再由数学推导使他们的认识得到深化。根据学生的学习兴趣。增加课堂学习的趣味性，精心准备教学演示实例￠绍有限元方法在各个领域的应用 。

从工程实际中选出具有典型代表意义和较大覆盖面的实例作为教学素材.增强学生的感性认识 当学生获得所见即所得的有限元计算效果时。便会产生浓厚的学习兴趣.同时也能让学生对所学的理论知识产生兴趣 ，促进学生在教师指导下主动地、富有个性地学习，从而营造出和谐的课堂气氛 针对学生基础知识的薄弱环节.分门别类的进行课前预习、课堂上少量时间讲解和课后复习针对课程计划中的学时不足的现象.学生可以在课后进行课外的操作练习，为加强课外学习过程中的教学辅导，建立相应的 QQ学习群 学生可将遇到的不能解决的问题及疑问.通过网络的方式与任课教师讨论 借助网络技术完成跨地域的交流和解答.不但增强了学生的学习能动性.也进-步巩固了本门课程的教学成果。同时吸纳学生参与科研、横向课题、纵向课题的子项目.以实际课题来提升学生用有限元法观察、分析和解决问题的能力。

3 合理的分配理论教学、实验教学和工程训练三方面教导学生使用通用有限元软件系统(Ansys Workbench)，运用有限元理论 .结合工程实际.解决实际工程问题。有限元应用软件的学习不是单纯的学会如何操作，还要解决以下几个方面的教学内容：首先，要求学生熟练掌握软件系统的有关操作内容，如图形界面、操作过程、功能拈等。这部分教学内容与其它工具型软件相似；其次，结合软件的教学，穿插介绍相关的力学知识和有限元基本理论 ，讲解以形象化、结论化为主，舍弃大段的公式理论推导过程；最后 ，也是最重要的-点，应结合实际工程间题，提出计算分析的目的.抓住主要矛盾，舍弃次要矛盾.建立合理的计算模型以实现有效的有限元模拟.用软件计算结果与有限元法理论推导的计算结果进行对比 针对 Ansvs经典界面难学的情况.有意介绍最新的 Ansys workbench界面.学生可以更加快速的入门。这样既能够克服机械类专业学生的理论障碍：另-方面能让学生有效掌握-种有限元应用工具.为其后的继续学习和工作打下基矗加强与企业的合作.以项目开发过程为切入点创新有限元法教学模式，学生在学中练、练中学，在项目开发中以产品(项目)质量为主，产品生产(项目实施)过程、产品 目)设计报告为辅，建立新型的理论教学、实验教学和工程训练体系。

4 结论大学以培养面向生产、服务、管理第-线的市场适用人才为宗旨。

有限元法课程考验的是学生运用多学科知识的综合和融会贯通本科课程的能力.通过对有限元法课程教学方面改革的探索.实质即为平衡完善理论教学、实验教学和工程训练等三方面的关系。

- 是.以立体化的教学体系反映有限元自身方法和工程领域的最新运用√师采用各种教学手段.着重从方法和思路方面加以讲解。启发学生的创造力.力争让学生独立完成相关的有限元分析。

二是.以研讨式的教学方法与学生交流。针对学生初次接触有限元法的困惑，答疑解惑，激发学生学习这门课程的兴(下转第 158页)作者简介：周炬(1973-)，湖南衡阳人，硕士，南华大学机械工程学院，高级工程师。