岩土工程有限元分析

发布者:祁华发布时间:2018-04-18浏览次数:684

中国海洋大学本科生课程大纲

  

课程名称

岩土工程有限元分析

Finite Element Analysis   for Geotechnical Engineering

课程代码

课程属性

专业知识

课时/学分

24/1.5

课程性质

选修

实践学时

16

责任教师

刘小丽

课外学时

24

课程属性:公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能,课程性质:必修、选修

一、 课程介绍

1.课程描述

本课程为环境工程专业地质灾害防治方向的专业选修课,讲授利用有限元数值分析技术与计算机共同解决岩土工程问题的基本知识。有限元数值模拟已经成为岩土工程设计和科学研究中不可或缺的一项技术,是岩土工程师利用现代化计算工具进行工程设计计算的一种必要手段。课程主要内容包括有限单元法简介、有限元分析的力学基础、有限元分析的基本概念、岩土工程问题控制方程的建立以及岩土工程有限元分析软件及应用。该课程的开设能为学生今后的工作学习奠定基础,有效增强学生的竞争力,有利于学生今后工作能力的提升。

2.设计思路

作为本科生课程,课程内容的选择侧重于基础性知识的学习和常用简单岩土专业软件的应用,整个课程的内容按照由浅入深,由基础知识到专业知识,由理论到应用的顺序编排。课程主要内容包含3个大的模块:有限元分析的基础知识、岩土工程问题控制方程的建立,岩土工程有限元分析软件的学习。这3个模块内容由一般的基础力学知识到岩土工程控制方程的专业问题,由理论到软件应用的讲授。

有限元分析的基础知识:有限元分析的力学基础,包括弹性力学的基本假设,应力和应变的概念,平衡方程、几何方程和物理方程,弹性力学的两种平面问题等;有限元分析的基本概念,包括加权残值法和最小势能原理,单元位移函数,单元刚度方程及单元刚度矩阵;整体刚度方程等。

岩土工程问题控制方程的建立:平衡方程、几何方程和本构方程的建立,土体有效应力原理,孔隙水的平衡方程,孔隙水渗流连续方程,Biot固结方程,岩土工程问题的边界条件。

岩土工程有限元分析软件:岩土工程专业有限元分析软件的使用介绍,包括Plaxis2DGeo-studio系列软件,对基坑开挖、路基建造、边坡稳定问题和地下水渗流问题的有限元建模、计算及结果分析进行学习。

3. 课程与其他课程的关系

先修课程:工程力学。工程力学为本课程讲授提供了一定的基础概念。

后置课程:本科生毕业论文和毕业设计。本课程为地质灾害防治方向的本科生进行毕业论文和毕业设计奠定了相关专业基础和技能,使学生可以利用现代化计算工具进行岩土工程问题的设计计算。

二、课程目标

通过本课程的学习,使学生掌握有限元分析的基础知识,了解常用的岩土工程专业有限元分析软件的功能特点,能够将简单的岩土工程问题转化为数学模型,并通过有限元技术进行求解,能够对计算结果进行分析评价,提高学生解决实际问题的能力。

三、学习要求

要达到本课程的目标,学生必须:

1)按时上课,上课认真听讲,积极参与课堂讨论、作业典型案例分析。本课程将包含较多的课下作业、讨论、小组作业展示等课堂活动,课堂表现和出勤率是成绩考核的组成部分。

2)按时完成常规练习作业。这些作业要求学生按书面形式提交,只有按时提交作业,才能掌握课程所要求的内容。延期提交作业需要提前得到任课教师的许可。作业完成情况是成绩考核的组成部分。

3)完成教师布置的一定量的文献阅读,其中有些内容要求以小组合作形式完成。这些作业能加深对课程内容的理解、促进同学间的相互学习、并能引导对某些问题的更深入探讨。

四、教学内容

内容顺序

主题

计划课时

主要内容概述

1. 绪论

有限元法简介

1

岩土工程数值模拟的任务;有限单元法的起源、基本分析步骤及其在岩土工程中的应用。

2. 有限元分析的力学基础

弹性力学的应力和变形

2

弹性力学的基本假设;应力的概念、主应力及应力方向;位移及变形

弹性力学的控制方程及其他

3

平衡方程、几何方程、物理方程;两种平面问题;弹性力学问题中的能量表示

3. 有限元分析的基本概念

有限元分析的理论基础

2

最小势能原理;加权残值法;一个简单问题的有限元求解完整过程

有限元分析的几个概念

3

单元位移函数;单元刚度方程及单元刚度矩阵;整体刚度方程及整体刚度矩阵

4.岩土工程问题控制方程的建立

Biot固结方程的建立及边界条件

3

平衡方程的建立;几何方程的建立;本构方程的建立;土体有效应力原理;孔隙水渗流连续方程; Biot固结方程;岩土工程问题的边界条件

5. 岩土工程有限元分析软件

Plaxis2D有限元软件学习

2

岩土工程有限元分析软件介绍;基坑开挖问题的有限元分析建模、计算及结果分析

2

路基建造问题的有限元分析建模、计算及结果分析

2

波浪-海床相互作用有限元分析的建模、计算及结果分析

Geo-studio有限元软件学习

2

边坡稳定性问题的建模、计算及结果分析

2

地下水渗流问题的有限元分析建模、计算及结果分析

五、参考教材与主要参考书

1、参考教材

《有限元分析及应用》,曾攀,清华大学出版社,2004.

2、主要参考书

1.《弹性力学》(第四版)上册,徐芝纶,高等教育出版社,2006.

2.《岩土工程有限元分析理论及应用》,谢康和、周健,科学出版社,2002.

3. Plaxis2D使用手册.

4. Geo-studio使用手册.

、成绩评定

(一)考核方式 EA.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他

(二)成绩综合评分体系:

成绩综合评分体系

比例%

1.课堂讨论及平时表现

20

2.案例分析讲解

30

3.平时作业成绩

50

总计

100

附:作业和平时表现评分标准

1)作业的评分标准

作业的评分标准

得分

1.严格按照作业要求并及时完成,基本概念清晰,解决问题的方案正确、合理,能提出不同的解决问题方案。

90-100

2.基本按照作业要求并及时完成,基本概念基本清晰,解决问题的方案基本正确、基本合理。

70-80

3.不能按照作业要求,未及时完成,基本概念不清晰,解决问题的方案基本不正确、基本不合理。

40-60

4.不能按照作业要求,未及时完成,基本概念不清晰,不能制定正确和合理解决问题的方案。

0-30

2课堂讨论及平时表现评分标准

课堂讨论、平常表现评分标准

得分

1.资料的查阅、知识熟练运用,积极参与讨论、能阐明自己的观点和想法,能与其他同学合作、交流,共同解决问题。

90-100

2.基本做到资料的查阅、知识的运用,能参与讨论、能阐明自己的观点和想法,能与其他其他同学合作、交流,共同解决问题。

70-80

3.做到一些资料的查阅和知识的运用,参与讨论一般、不能阐明自己的观点和想法,与其他同学合作、交流,共同解决问题的能力态度一般。

40-60

4.不能做到资料的查阅和知识的运用,不积极参与讨论,不能与其他同学合作、交流,共同解决问题。

0-30

七、学术诚信

学习成果不能造假,如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等,均属造假行为。他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。本课程如有发现上述不良行为,将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。

八、大纲审核

教学院长:院学术委员会签章: