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1、ANSYS软件在力学课程辅助教学中的应用研究 摘要：工程力学系列课程不仅理论性较强，而且具有广泛的工程应用背景。通过分析表明，可以加强以ANSYS软件为主的CAE技术在工程力学系列课程协助教学中的应用。这样，一方面可以促进学生对工程力学系列课程的学习爱好，另一方面还可以极大提高学生解决实际工程力学问题的实力。 关键词：ANSYS软件；力学课程；协助教学 中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1673-056829-0044-02 在二十一世纪，由于经济和科技的迅猛发展，社会中的各行各业不仅须要理论水平较高的探讨型人才，而且更加须要大量的综合性应用型人才，在工程力学的应用领域尤其如此。
2、 基于工程力学基本理论的计算机协助工程结构分析技术是一种在计算力学、计算数学和计算工程科学领域最有效的现代计算方法，CAE技术已经成为工程设计与分析中的现代方法，须要越来越多的工程技术人员驾驭这种现代技术。不断完善工程力学系列课程的教学方法，在教学过程中突出CAE技术的上机教学，指导学生学习并驾驭CAE技术，可以将工程力学中繁琐困难的计算性内容交给计算机去完成，促进学生对学习工程力学系列课程的爱好和主动性。不断探究培育人才的新模式，对工程力学系列课程的教学方法进行不断完善，加强以应用最广泛的ANSYS软件为主的CAE技术在工程力学系列课程协助教学中的应用，使力学理论与力学实践相互融合渗透，强化
3、对学生的工程力学应用实践实力的培育，是应用型工科本科院校在工程力学系列课程教学中的一项重要而迫切的任务。 一、ANSYS软件的功能 ANSYS软件是由美国ANSYS公司开发的融结构、流体、磁场、声场、电场等分析于一体的大型的通用的有限元分析软件，已经成为现代产品设计中的高级的主要的CAE工具之一。ANSYS软件供应的单元类型有101种以上，能够用来模拟工程实际中的各种材料和结构。ANSYS软件主要包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块的三个核心部分：前处理模块是一个强大的几何建模和网格划分的工具，用户能够便利地建立有限元模型；分析计算模块包括固体结构分析、流体动力学分析、声场分析、电磁场分析
4、、压电分析以及多物理场的耦合分析，可以模拟多种物理介质的相互作用，具有优化分析的实力；后处理模块能够把计算结果用彩色等值线显示、矢量显示、梯度显示、立体切片显示、粒子流迹显示、半透亮及透亮显示等图形方式显示出来，也能够把计算结果以曲线、图表等形式输出或显示。 二、ANSYS软件在桁架结构中的应用 桁架结构是工程中大跨度结构常用的一种形式。桁架结构是由杆件相互铰接组成的体系，当荷载只作用在结点上时，桁架结构中的每一根杆件都是二力杆，各杆的内力主要是轴力，可能是拉力也可能是压力。在理论力学或者材料力学中求解桁架结构的手工计算方法主要有：结点法、截面法及其联合应用。 利用ANSYS软件可以通过计算机
5、来求解各种桁架结构，求解步骤主要为：设立某个详细问题的文件名；选择单元类型；设置材料属性；设置截面形式；定义实常数；建立模型；施加约束；施加荷载；运行计算；后处理显示结果。 可以验证，采纳ANSYS软件计算求解出的桁架结构受力变形后的各杆的轴力与手工计算的理论值完全吻合。在协助教学中，让学生利用ANSYS软件对一些简洁桁架结构计算求解出结果后，再与手工计算的理论值进行比较。 三、ANSYS软件在刚架结构中的应用 刚架结构也是工程中常用的一种形式，刚架结构是由杆件相互刚接组成的体系，各杆件的横截面上的内力有轴力、剪力和弯矩等。 利用ANSYS软件可以通过计算机来求解结构力学中的各种刚架结构，求解
6、步骤主要为：设立某个详细问题的文件名；选择单元类型；设置材料属性；设置截面形式；定义实常数；建立模型；施加约束；施加荷载；运行计算；后处理显示结果。 采纳ANSYS软件计算求解出某一刚架结构受力的变形后，可以用图形输出显示该刚架结构的位移变形图、轴力图、剪力图、弯矩图和弯曲应力图等。在协助教学中，可以让学生利用ANSYS软件对一些简洁刚架结构计算求解出结果后，再与手工计算的理论值进行比较。 四、ANSYS软件在杆系组合结构中的应用 杆系组合结构也是工程中常用的一种形式，杆系组合结构中，一部分杆件是二力杆，只承受轴力作用；另一部分杆件是梁式杆，承受轴力、剪力和弯矩的作用。 利用ANSYS软件可以
7、通过计算机来求解结构力学中的各种杆系组合结构，与桁架结构或者刚架结构相比，单元类型不再只有一种，而是既有杆单元又有梁单元。采纳ANSYS软件计算求解出某一杆系组合结构受力的变形后，同样可以用图形输出显示该杆系组合结构的位移变形图、轴力图、剪力图、弯矩图和各种应力图等。在协助教学中，可以让学生利用ANSYS软件对一些简洁杆系组合结构计算求解出结果后，再与手工计算的理论值进行比较。 五、ANSYS软件在杆类构件中的应用 材料力学中的拉压杆主要承受轴力作用，简支梁、悬臂梁和外伸梁等主要承受剪力和弯矩作用，另外弯扭组合变形中的轴类构件是实际工程中的一种典型构件，各个横截面上主要承受剪力、弯矩和扭矩的共
8、同作用。 利用ANSYS软件可以通过计算机来求解材料力学中的各种杆类构件。对于杆类构件可以采纳材料力学中杆件结构的计算方法，也可以采纳弹性力学中空间实体结构的计算方法。因为材料力学中的应力计算方法本身就是一种近似方法，所以采纳实体结构的计算方法更加精确。在协助教学中，可以让学生利用ANSYS软件，分别采纳材料力学中杆件结构和弹性力学中空间实体结构的计算方法计算求解出某一轴类构件受力的变形和应力后，再对结果进行相互比较。 六、ANSYS软件在实体结构问题中的应用 弹性力学就是探讨随意形态固体的实体结构问题，实体结构问题主要包括平面问题和空间问题两大类。弹性力学的理论和公式都特别困难，弹性力学虽然
9、探讨随意形态物体，但也只能对简洁的规则的形态物体得到精确解。 利用ANSYS软件可以通过计算机来求解弹性力学中的各种实体结构，可以用图形输出显示结构的位移变形图和各种应力图等。对于简洁的规则的形态物体，可以与弹性力学的精确解进行比较。对于困难结构问题只能采纳ANSYS软件计算求解，建模时若单元尺寸越小、数量越多，则计算结果越精确。在协助教学中，可以让学生利用ANSYS软件对一些简洁实体结构计算求解出结果后，再与弹性力学的理论值进行比较。 七、ANSYS软件在流体工程问题中的应用 流体力学主要探讨流体工程问题，流体力学的理论和计算公式也特别困难。利用ANSYS软件中的流体单元可以进行流体力学分析
10、，分析的类型可以为稳态、也可以为瞬态。完成分析得出结果之后，可以输出显示每个节点的压力与通过每个单元的流率，而且可以进一步利用后处理功能形成压力、流率和温度分布的图形显示。在协助教学中，可以让学生利用ANSYS软件对一些简洁流体工程问题进行计算求解，得到结果后再与理论状况进行比较。 通过分析表明，可以将计算机协助工程结构分析即CAE技术引入工程力学系列课程的教学环节，有必要在各门工程力学系列课程中设置相应的上机学时。除了要求学生驾驭工程力学的基本理论之外，还要重点突出上机教学，让学生知道繁琐困难的工程力学计算问题原来可以通过计算机去完成，彻底变更学生学习工程力学系列课程时感觉到计算方法和公式较
11、难的味同嚼蜡的状态。 ANSYS软件在计算机协助工程结构分析技术中的运用最为广泛，大力加强以ANSYS软件为主的CAE技术在工程力学系列课程协助教学中的应用，将ANSYS工程软件应用中的简洁典型结构的力学分析相应地贯穿到工程力学系列课程中去，一方面可以极大促进学生对工程力学系列课程的学习爱好和主动性，另一方面还可以进一步提高学生对详细实际工程力学问题的解决实力。 参考文献： 1韦成龙,李学罡.材料力学教学内容改革的探讨与实践J.力学与实践,2002,(03). 2李俊峰.理论力学课程体系改革探究与实践J.中国高校教学,2022,(4). 3杨德广.高等教化学M.北京:高等教化出版社,2022. 4陈琦,刘儒德.当代教化心理学M.北京:北京师范高校出版社,2022. 5黄忠文等.弹塑性力学有限元法及ANSYS应用M.武汉:湖北科学技术出版社,2022. 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页