“有限元”很难？这位高校教师让学生学得更容易

在设计中，有限单元法是先“化整为零”，将一个工程整体结构分成成千上万个单元来计算，然后“积零为整”。1956年，美国4位科学家在设计飞机时，采用有限元方法计算飞机各个部位的受力情况，在保证安全的前提下明显减轻了飞机的重量，从而使这种算法“一鸣惊人”。从此，有限元作为全新的学科风行世界。

目前，有限元计算方法广泛应用于机械、建筑、航天航空以及军事等多方面领域，极大缩短了设计周期，降低了设计成本，进而提高了企业的自主创新能力。

有限元教学在我国起步较晚，适合本科生和硕士研究生的现成教材很少，教学难度相对较大。为了更好开展教学，李恩颖广泛收集整理国内外资料，并两次作为访问学者赴国外进修，探索钻研改进教学方法。

李恩颖在选材上从三个方面对教材进行改革。一是将理论基础训练作为教学重点；二是注重工程化教学，从机械、土木等多维度探讨有限元的应用特性；三是将英文经典教材和前沿计算理论相结合，从关键点切入，从而便于学生理解有限元方法在理论上的可拓展性。

在介绍有限元在桁架结构的运用时，李恩颖以“鸟巢”设计为例，指出“鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根大跨度的桁架柱。桁架的设计采用的是最基础的有限元杆单元进行计算，先建立杆的单元刚度，通过“积零为整”建立整体桁架的刚度，最后计算出整体受力情况，通过反复的计算和优化，最终设计出“多一分过重，少一份过轻”、既安全又节约钢材的结构方案。

在李恩颖的努力下，虽然工程有限元这门课程对学生的要求高，但学生们学习起来更容易了，理论基础与应用能力都得到了很好的锻炼。