仿真软件工程应用

一、课程介绍

《仿真软件工程应用》是车辆工程专业选修课。本课程通过讲授汽车行业常用的仿真软件，使学生掌握应用仿真软件解决工程问题的规律与方法，了解文本型语言与图形化语言的不同设计理念，具备一定的综合运用前修课程的知识分析和解决与车辆工程专业相关的复杂工程问题的能力。为今后继续深造或在车辆工程及相关领域从事设计、制造、实验、管理、科研和教学等工作打下坚实的基础。

Introduction

Simulation software and its engineering applications is an optional course for vehicle engineering. This course will make students master the law and method of using simulation software to solve engineering problems, and understand the different design philosophies of text programming language and graphical programming language, and get the ability to analyse and solve certain complex engineering problems. And the knowledge in the course will become a solid foundation for the further study or work on the design, manufacture, test, management, research and teaching in automotive engineering and some related fields.

课程基本信息

 

 

 

 

二、教学大纲

1、教学目标

1.1 教学目标

通过本课程的学习，使学生达成如下培养目标：

1.总体掌握并理解所学仿真软件的基本用法与建模流程，明确仿真手段目前在车辆学科中的特色，与试验方法互补作用以及其工程应用价值。理论方法-掌握所学文本型语言与图形化语言仿真软件中变量、数据类型、模块化设计、结构体、函数及其子函数等概念，能够运前修课程的所学知识建立仿真模型，并采用科学、合理的计算手段求解各指标参数。（支撑毕业要求指标点5.1）

2.具备工程应用及团队协作能力，使学生熟悉数字化仿真技术的应用，初步掌握工程上常用仿真软件的使用方法，包括Matlab，LabVIEW和Ansys等商业软件，并有能力利用软硬件结合的方式解决工程问题。本课程将提高学生应用仿真软件解决实际问题的能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。（支撑毕业要求指标点9.2）

Through learning this course, the students will achieve the following targets:

1. Overall master and understand the simulation software learned the basic usage and modeling process, the currently featured of the simulation method is in the vehicle engineering discipline, and complementarity between the experimental method and its engineering application value. Theoretical method- Master the concepts learned textual language and graphical simulation softwares such as variables, data types, modular design, structure, function and its child functions, and use the knowledge learned to build simulation model and solve the parameters by reasonable calculation method. (Supporting graduation requirement 5.1)

2. The course will enable students to be familiar with the application of digital simulation technology, and master the methods how to use the engineering simulation software, including the commercial software: Matlab, LabVIEW, and Ansys. This course will improve the students’ ability of solving practical problems by simulation software, and lay a solid foundation for the study of subsequent professional courses. (Supporting graduation requirement 9.2.)

1.2 教学目标与毕业要求指标点对应关系

表1 教学目标与毕业要求指标点对应关系

2、教学要求

教师要积极备课，认真准备实验；在课堂内进行大纲解读，使学生清楚本课程具体的课程目标，通过该课程的学习应掌握的知识和获得的能力；对课程内容要融会贯通，切忌照本宣科。注重知识的拓展，并在课堂上加强思政教育。

通过理论知识教学，结合典型实例分析，充分利用多媒体动画教学使学生掌握理论知识，具备分析问题解决问题的能力。通过实验教学培养学生动手操作能力，了解实验过程，具备工程实践基础。

成绩评价体系标准真实、严谨、公平、公正、公开，能促使学生学习的积极性。

3、预备知识或先修课程要求

工程图学、理论力学、材料力学、机械原理、线性代数、高等数学

4、教学方式

表2教学方法（与教学目标对应）

5、实验环境和设备

计算机、Arduino UNO、温度传感器、面包板、排线等

6、课程教学内容、学时分配及与教学目标的对应关系 

6.1 课程教学内容与学时分配

第一章  Matlab基础及编程实践（8学时）

第一节  Matlab软件简介及组成、MATLAB桌面布局及命令窗口的使用、变量和表达式

第二节  脚本文件与函数文件，Eps()函数，数值迭代方法

第三节  Matlab的矩阵运算与图形命令

第四节  Matlab GUI设计及基本操作

本章内容简介（重点）：

介绍Matlab软件的基本知识与应用，M文件的编制与调试、GUI的基本操作。

 

Chapter 1 Matlab Fundamentals and Programming Practice (8 Class Hours)

1.1 The Introduction and Structure of Matlab, and its Desktop Layout, the Usage of Command Shell, Variate and Expression

1.2 Script Files and Function Files, Eps() Function, Numerical Iteration Approach

1.3 Matlab Matrix Operations and Graphical Command

         1.4 Matlab GUI Design and Basic Operation

         The Introduction of This Chapters (Emphasis):

         To introduce the fundamental knowledges and usage, compilation and debugging of M-File, fundamental operation of GUI in Matlab Software.   

 

第二章  LabVIEW虚拟仪器技术实践（8学时）

第一节  LabVIEW虚拟仪器软件概述、运行机制、操作面板、控制面板和功能面板

第二节  结构控制程序的执行（for循环和while循环），循环次数的计算与显示

第三节  LabVIEW的复合数据与图形显示

第四节  LabVIEW中的数据采集

本章内容简介（重点）：

介绍虚拟仪器的基本概念、图形化编程语言（G语言）基本原理与特点、LabVIEW编程环境；LabVIEW程序设计的语法规则、程序结构和基本编程技巧；以及LabVIEW与Arduino硬件平台在数据采集中联合应用。

Chapter 2 LabVIEW Virtual Instrument Technology Practice (8Class Hour)

2.1 LabVIEW Virtual Instrument Software Overview, Operation Mechanism, Operation Panel, Control Panel and Function Panel

2.2 The Run of Structure Control Programming (for loop and while loop),Calculation and Display of cycle index

        2.3 LabVIEW Composite Data and Graphic Display

2.4 Labview Data Acquisition

The Introduction of This Chapters (Emphasis):

To introduce the basic concepts of Virtual instrument, imaging programming language (G Language) fundamental principles and characteristic, LabVIEW programming environment; LabVIEW grammar, structure, technique of programming design; combined application for data acquisition in LabVIEW and Arduino platform.

 

第三章  ANSYS软件基础及有限元分析实践（4学时）

第一节  ANSYS软件简介及组成、ANSYS软件的功能、界面及求解过程

第二节  ANSYS软件在力学分析和非线性分析中的实际应用

本章内容简介（重点）：

介绍有限元法的基本原理和求解步骤，有限元分析软件Ansys的基本应用以及在工程中有限元分析的具体应用实例。

Chapter 3 ANSYS Finite Element Analysis Techniques (6 Class Hours)

3.1 The Introduction and Structure of ANSYS, and its Function, Interface and Solving Process

3.2 The Usage of ANSYS in Mechanical Analysis and Nonlinear Analysis

The Introduction of This Chapters (Emphasis):

To introduce the basic principles and solving steps of finite element method, the usage of finite element software ANSYS and application example of finite element analysis.

 

第四章  汽车虚拟样机技术（2学时）

第一节  车辆的动力性仿真及应用

第二节  车辆的经济性仿真及应用

本章内容简介（重点）：

介绍Cruise软件的基本原理，建模方法以及在汽车产品设计中的具体应用实例。

Chapter 4 Vehicle Virtual Prototyping Technology（2 Class Hours）

4.1 Simulation and Usage of Vehicle Dynamic Performance

4.2 Simulation and Usage of Vehicle Economic Performance

The Introduction of This Chapters (Emphasis):

To introduce the fundamental principles, method of building models and application example in the design of vehicle in Cruise.

 

6.2教学内容与教学目标对应关系

表3 教学内容与教学目标对应关系

7、实验项目内容、学时分配、实验小组

 

7.1 实验目的与任务

通过实验教师的讲解、示范和学生的动手实践，培养学生的实际动手能力，试验设备的操作技能，试验项目的设计能力和试验结果的分析能力。对应试验项目的具体培养任务如下：

①使学生深入掌握仿真软件的使用方法，能够应用Matlab、Labview和Ansys设计简单的测试程序。

②使学生深入掌握相关编程语言的使用方法及相应的软硬件实现。

7.1 Experimental Objective and Mission

By teachers’ explanation, demonstration and students’ experiments, to train students’ practical manipulative ability, operational skills for equipment, design ability to project and analytical ability to the test results. 

Corresponding to the specific task of training the pilot projects are as follows:

①To enable students to master usage methods of Simulation software and design simple test programming using Matlab, LabVIEW and ANSYS.

②To enable students to master usage methods of programming and build the hardware and software system.

7.2 实验教学基本要求

①使学生熟悉Arduino硬件平台和LabVIEW软件，能够设计温度模拟量数据采集程序。

②使学生能够使用Matlab GUI图形化的设计方法编制程序。

③使学生能够使用Ansys进行有限元分析。

7.2 Basic Requirement of Experiment Teaching

①To enable students to be familiar with Arduino hardware platform and LabVIEW software, and to design a programming of temperature analog for data acquisition.

②To enable students to program using the design method of Matlab GUI imaging.

③To enable students to use finite element analysis in ANSYS.

7.3 实验教材或指导书

实验使用自编《仿真软件工程应用试验指导书》

7.3 Teaching Material or Instruction.

< Experimental guide book for simulation software and its engineering applications >

 

表4实验项目一览表

序号	实验项目	内容提要	实验 类型	学时 分配	主要仪器 设   备	实验 地点	考核 形式
1	基于汉诺塔问题的程序设计	熟悉Matlab编程环境，采用Matlab GUI图形化程序设计方法显示汉诺塔计算结果。	设计性	2	计算机、Matlab软件	汽车电控实验室	根据实验操作，实验报告进行评价：优、良、中、及格、不及格。
2	基于arduino平台的labview数据采集系统设计	了解Arduino硬件平台，分别设计LabVIEW的前面板与控制插件。	综合性	2	Arduino硬件平台及传感器，计算机，LabVIEW软件
3	基于ANSYS的力学分析试验	利用ANSYS软件对机械结构进行力学分析	综合性	2	计算机、Ansys软件

 

8、考核要求、考核方式及成绩评定标准

8.1 考核方法

表5考核方法（与教学目标对应）

8.2 考核标准

表6 考核标准

8.3 成绩评定

（1）平时成绩

采用百分制。由教师根据出勤及课堂表现的实际完成情况，给出成绩。

（2）课程实验

打分采用百分制。最终实验成绩按照百分制给定。

 

 

表7《仿真软件工程应用》课程实验评分标准

（3）成绩评定

本课程考核性质为考查，综合考虑平时表现和实践实验的表现确定总成绩，计算公式如下：

平时成绩（含考勤及作业）、试验成绩均按100分计，则学生最终评定成绩为：

平时成绩×30%+试验成绩×70%