《计算机在橡胶工程中的应用》教学大纲.doc

PAGE PAGE 5 《计算机在橡胶工程中的应用》教学大纲 课程编号： 课程名称：计算机在橡胶工程中的应用 英文名称：Application of computer in rubber engineering 课程性质： 专业选修 学时/学分：32/2 考核方式：课程设计和平时成绩 选用教材：《计算机在橡胶工程中的应用》讲义，青岛科技大学。 先修课程：工程力学、高分子材料流变学、橡胶制品设计与工艺、橡胶工艺学 后继课程：橡胶工程课程设计 适用专业及层次：高分子材料与工程（橡胶）专业，本科 一、课程目标 通过本课程系统讲述计算机在橡胶工程中应用方面的理论知识，使学生具备下列能力： 1. 能够运用CAD软件进行橡胶制品的设计，如轮胎，培养运用现代化工具进行设计的能力； 2. 能够准确理解有限元方法中涉及的基本概念，原理，求解方法，对复杂工程问题进行适当的数学表述； 3. 能够运用所学的有限元理论知识，进行简单橡胶制品的分析计算，提高学生解决实际工程问题和综合分析问题的能力，培养工程创新能力； 4.能够利用讲述的有关有限元软件的知识，了解有限元软件在橡胶工程中的应用，能够掌握专业的计算机软件，针对高分子材料及其制品的结构和性能进行预测和模拟； 5.了解综合运用现代设计手段：CAD/CAE进行橡胶成型过程中的模拟分析；了解有限元方法的前沿发展动向，综合性地运用现代手段来解决材料科学中的复杂工程问题。 二、课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标 1.工程知识 1-1能对工程数据进行统计分析，对复杂工程问题进行适当的数学表述，并能选择一种数学模型描述复杂工程问题的规律。 课程目标1 课程目标2 1-2具有从事高分子材料工程工作所需的化学、热力学和动力学等自然科学知识。 课程目标2 课程目标3 1-5熟悉并掌握高分子材料的加工原理、工艺、设备与配方知识，综合性地运用来解决材料科学中的复杂工程问题。 课程目标3 课程目标4 2.问题分析 2-2能够通过对复杂的高分子材料与工程问题进行预测、评估，正确表达复杂工程问题。 课程目标2 课程目标3 课程目标4 3.设计/开发解决方案 3-2能够针对高分子材料应用的特定需求，进行相关设计优化，同时体现创新意识，构建完整的解决方案。 课程目标1 课程目标5 5.使用现代工具 5-3能够掌握专业的计算机软件，针对高分子材料及其制品的结构和性能进行预测和模拟，并理解其适用范围。 课程目标5 三、教学基本内容 第一章：绪论 （支撑课程目标1、4、5） 一、有限元在橡胶工程中的应用概述 二、轮胎结构设计方法进展 第二章：工程力学概述 （支撑课程目标2、3、4） 一、工程力学中的基本概念 1. 应力与应变 2. 橡胶超弹性本构关系 3. 橡胶本构模型参数的确定与相关试验设计 二、材料强度理论与破坏准则 1. 最大应力理论 2. 最大应变理论 3. 基于应变能密度的理论 要求学生：掌握工程力学中的基本概念；了解橡胶材料的强度理论与破坏准则。 第三章：有限元方法概述（支撑课程目标2、3、4） 第一节 有限元方法的基本概念 第二节 有限元方法的原理 一、位移法 二、能量原理 第三节 有限元法的求解步骤 一、单元离散、分析和单元刚度矩阵 1. 几何模型建立与单元分析 2. 单元类型与位移模式 3. 单元刚度矩阵 4. 本构关系与弹性矩阵 二、整体分析和整体刚度矩阵 1. 边界条件和初始条件 2. 等效载荷 3. 整体刚度矩阵 4. 整体刚度矩阵的特点 三、矩阵求解方法简介 1. 大型稀疏矩阵的存储方法 2. 常用的矩阵求解方法 第四节 常用有限元软件介绍 一、MSC.MARC软件 二、ABAQUS软件 要求学生：掌握有限元概念和原理，有限元的求解步骤；了解利用商业化软件进行简单橡胶产品结构分析的步骤和方法。 第四章：典型橡胶制品结构的有限元分析（支撑课程目标3、4、5） 第一节 轮胎有限元分析 1. 轮胎有限元分析简介 2. 几何非线性 3. 材料非线性 4. 接触非线性 5. 轮胎几何模型建立 6. 轮胎材料模型建立 7. 初、边值条件 8. 数值计算参数设定与求解 第二节 橡胶减振件和密封件有限元分析 1. 橡胶减振件的有限元分析 2. 橡胶密封件的有限元分析 要求学生：掌握轮胎有限元涉及的非线性问题，如何解决。了解橡胶减震器等复合材料结构的分析过程。 第五章：橡胶成型过程数值方法（支撑课程目标2、5） 1. 聚合物流变学方程 2. 控制方程的离散方法 3. 数值求解方法 要求学生：掌握橡胶成型加工中涉及的控制方程；了解控制方程的离散方法和求解方法。 第六章：典型橡胶成型加工分析（支撑课程目标2、4、5） 1. 橡