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计算力学教学大纲课程代码课程英文名Computational MechanicsB0801Z03总学时理论学时实验/实践学时学分
3.556488流体力学,弹性力学,计算方法,语言C课程类别学科必修课课程性质限选先修课程程序设计适用专业工程力学开课学院计量测试工程学院
一、课程地位与课程目标-课程地位《计算力学》是工科院校工程力学专业的学科必修课,学习本课程的目的是为了使学生对数值模拟方法及其它常用计算力学方法有初步的了解,理解这些方法所涉及的基本概念和数学理论及实现方式,并对用有限差分方法、有限体积方法和有限元方法求解力学问题有初步了解,能解决简单力学问题的数值计算二课程目标目标使学生理解数值计算方法在工程中的价值及应用;1:目标使学生理解微分方程类型,数值计算基本思想,坐标转换和网格划分方法2目标使学生掌握有限差分法基本原理,离散方法,误差来源,实现简单问题的数值计算3目标使学生掌握有限体积法基本原理,离散方法,误差来源,实现简单问题的数值计算4目标使学生了解有限元法基本原理和方法,实现简单问题的程序计算5目标了解其他数值计算方法6
二、课程目标达成的途径与方法以课堂教学为主,结合自学、课堂讨论、课后作业等课堂教学,结合工程案例讲解有限差分、有限体积和有限元等内容的主要理论和计算方法;课堂讨论,以小组为单位对课堂重点内容进行讨论;课堂实践,通过对算法的理解,实现微分方程计算编程,并调试运行;课后作业,安排与课堂重点内容相关的课后作业,帮助学生课后掌握知识点;自学,课后自学和语言编程,为课程程序设计打下基础Matlab C
三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标对毕业要求的支撑程度(、、)H M L课程目标毕业要求毕业要求毕业要求毕业要求5679课程目标1M M M H课程目标2M M H L课程目标3M M M H课程目标4M MH M课程目标5MMMH课程目标6MMM L注,支撑强度分别填写、或(其中表示支撑程度高、为中等、为低)1H ML HML
四、课程主要内容与基本要求第一章绪论了解计算力学的发展简史和研究内容,了解计算力学和其他学科的关系以及计算力学的一般研究方法,熟悉流体力学基本控制方程组第二章有限差分方法掌握有限差分的基本概念,包括函数的表示,单变量函数的有限差分公式和多变量函数的有限差分公式掌握差分方程与差分格式构造,主要包括微分方程以及定义,常微分方程的差分格式构造与求解以及偏微分方程的差分格式构造与求解掌握差分格式的收敛性和稳定性的基本概念和判断准则掌握差分格式的其他构造方法,比如积分插值法和待定系数法同时理解差分解法在流体力学中的应用第三章有限体积法掌握有限体积法的基本概念,理解压力耦合方程组的半隐式方法(算法)的基本概念及常SIMPLE见算例第四章加权残值法理解加权残值法的基本概念以及加权残值法的基本方法,了解离散型加权残值法和加权残值法在力学中的应用,同时了解试函数的选择以及加权残值法的收敛性与误差界第五章有限元法理解有限元的直观方法和基本概念,包括杆和梁的分析理解有限元法的一般化理论、基本思想及其实现,包括有限元法的基本思想,分析问题的主要步骤,结构区域离散化的一般原则介绍形函数、坐标变换和等参元的基本概念了解平面问题有限元法及其应用,包括位移插值函数,单元应变、应力矩阵,整体有限元方程的建立,整体总刚度矩阵的性质以及存贮技术,边界约束条件的处理和有限元方程求解等了解流体力学有限元分析初步,不可压缩无粘性流动,平面稳定渗流问题,圆柱体绕流有限元分析实例第六章基于粒子模拟的方法了解直接模拟蒙特卡罗方法和分子动力学方法,理解这两种方法的原理、步骤、技术细节、应用场合以及常见算例第七章计算力学相关软件简介了解计算力学软件的发展,目前常用的各种计算力学软件
五、课程学时安排学时数对应课程目标章节号教学内容学生任务第章绪论课后自学“流体中文网”内容课程目标
11.121课后自学“粘性流体力学”内第章流体力学控制方程组课程目标
11.222容微分方程数学性质对的影
2.1CFD课后作业偏微分方程分类,1:第章课程目标242响推导矩阵Jacobi课后作业推导一阶和二阶导2第章离散化的基本方法课程目标
22.243数的各差分格式课后作业各种方程的稳定3第章差分格式稳定性课程目标
22.342性分析第章网格生成与坐标变换课后作业二维网格生成课程目标
22.4843课后作业拟一维喷管流动数5第章拟一维喷管流动的数值解课程目标
22.563值模拟程序第章有限体积法基本原理课后阅读程序课程目标36SIMPLE4课后作业采用加权残值法6第章加权残值法课程目标425求解方程课后作业单位刚度矩阵推6第章有限元法课程目标5125导第章其他数值求解方法自学相关资料课程目标1166
六、实践环节及基本要求序学生任实验实验项目名称学时基本要求实验性质号冬类别完成一维喷管网格生成验证必做网格生成2综合性1拟,维喷管流动完成一维喷管流动数值计算验证综合性必做23的加值解一维平板传热计完成一维平板传热数值计算验证综合性必做33算圆柱绕流有限元完成圆柱绕流流动数值计算验证综合性选做42计算注.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等;.实验类别指必做、选做等12
七、考核方式及成绩评定评定标准(依据)占总成绩比例考核内容考核方式含到课率、课堂讨论发言、平时作过程考核平时记录40%业等报告质量及问题回答情期末考核论文和面试60%况考核类别考查成绩登记方式五级制
八、推荐教材与主要参考书
(一)推荐教材.计算流体力学基础及其应用,安德森著,机械工业出版社,第一版12007,
(二)主要参考书.计算力学,王省哲,兰州大学出版社,
22006.流体力学数值方法,章本照,机械工业出版社,32003。