ANSYS软件在材料力学教学中的应用研究

关键词：ANSYS软件；材料力学；应用研究 

　　作为一款有源分析软件，ANSYS将多学科知识融于一体，包含了结构，电磁，流体，声学以及热等领域。在应用方面则涉及到了造船、生物、轻工、水利、能源等科学研究领域。通过软件应用方面可以看出，在相关领域知识学习具有一定的难度，如果单纯依靠教师用传统方式进行教授，在教学效果方面一定是差强人意。ANSYS软件应用其中，则可以起到一定的辅助作用，教学工作可以达到事半功倍的效果，学生学习质量也有了一定的保证。 

　　1 材料力学教学现状及内容 

　　（一）教学现状 

　　材料力学科目自身的特点在于具有一定的抽象性，导致理论知识理解方面存在一定难度。教学工作安排不合理，教学时间没有从学生的理解能力以及应用能力方面考虑，学生没有充足的学习时间，教师在教学过程中为了在有效时间内完成相应的教学任务，在教学的方法上存在一定的不合理性，没有有效的调动学生参与学习的兴趣与热情。 

　　（二）教学内容 

　　材料力学中有几部分关键的知识难度较大，学生在理解的时候存在一定的问题。比如应力集中。所谓应力集中是指构件在受力的情况下，形状及外形发生了突变从而导致的局部范围内的应力显著增大。教材通常只给出了应力集中的影响因素，但对于在相关因素的影响下具体的系数却没有给出确定值，学生对于这一点知识未能深入理解。 

　　2 ANSYS软件及有限元 

　　ANSYS软件是由美国一名博士在1971年推出的，最早的版本仅仅提供了热分析及线性结构分析，其不足之处是只能在大型计算机运行，并且只是批处理程序。在上世纪70年代初期及后期有一定的发展，随着技术不断的进步，ANSYS软件的功能也越来越强大，为用户对某些问题进行深入的研究提供了帮助。有限元的发展有三个阶段，探索时期，独立发展时期，专家应用与其它软件相互补充，共同发展时期，并且呈现出了相应的趋势特征。 

　　3 ANSYS软件特点 

　　（一）处理能力强大 

　　处理能力强大主要体现在四个方面，其一是建模，其二是网格划分，其三是参数设置，其四是与CAD无缝集成。网格划分主要有两种方式，自由与映射网格划分，对于不同的几何体而言，则有拖拉网格，层网格，局部细化。无缝集成方面，能够与多款件进行数据交换。 

　　（二）加载求解 

　　在ANSYS软件中，位移，温度，力等任何载荷可在任意几何体或有限元实体上，可以是数值，也可以是相关的函数。 

　　（三）后期处理 

　　对于利用ANSYS软件获得的数据，可以采用不同的方式进行输出，比如，图表，动画，此外还可以进行载荷叠加分析。 

　　（四）开放性 

　　开放性主要体现在与其它软件的有效对接，用户在开放的环境下可以根据自己的需要对软件进行相应扩充，对于边界条件，材料结构等可以由用户自定义。在不同类型的需求方面还可以进行二次开发。 

　　ANSYS软件将自身技术与相关软件有效的结合在一起，自带的语言可以进行二次开发。比如用户可以在CAD中建模，然后通过接口将数据导入到ANSYS软件中进行相关计算。也可以用程序自带语言建模，计算，此时采用的是命令流的方式。 

　　4 分析步骤 

　　ANSYS软件分析步骤主要有三个方面。首先是模型创建，包含读入或创建模型，定义属性，以及网格划分。其次是施加载荷及选项，条件设定并求解。最后一步是结果的分析及验证。 

　　5 ANSYS软件在材料力学教学工作中的优势 

　　（一）教学效果提升 

　　材料力学首先是一门专业基础课，其次是将多专业知识集中于一体，主要研究内容是构件在力的作用下产生的变形，损坏，以及失效等存在的规律。教学内容涉及到公式多，逻辑性强，计算过程难度大，计算量大，如涉及到微积分等知识，学生对于知识的掌握及理解存在问题，对于教师而言，如何进行有效的教学是不得不思考的问题。 

　　ANSYS软件针对问题进行建模，将数据转化为图象，从对人体大脑的刺激来看，视觉上的刺激更为有效，大脑对于信息的理解量更大，层次也更深。将抽象的知识变为具体，有效降低了学习难度。并且ANSYS软件教学是动画过程，学生对于知识以及相关原理的变化有清楚的认识，表现形式更加生动有趣，能够在一定程度上调动学生学习的热情和积极性，实现教学质量的提升。 

　　（二）应用能力培养 

　　材料力学理论知识的学习是为了更好的在实际工作中应用，单纯的理论教学不足以培养学生的实践应用能力。学生对于学习存在畏难情绪。ANSYS软件应用通过建模对实际情景进行模拟，学生在一种高度真实的环境下学习，无论是理解能力方面还是在实践能力的培养方面都有很大好处。 

　　（三）增强探究性学习能力 

　　ANSYS软件在生活中的应用非常广泛，学生有必要了解熟悉并掌握。学生动手的过程是为今后积累一定的经验，培养并提升其解决问题的能力，同时也为走向社会奠定基础。 

　　6 实例探究 

　　在对ANSYS软件有了基本的了解之后，可以结合具体的例子加深认识。比如ANSYS软件研究不同载荷下的悬臂梁。现假设有一悬臂梁，长、高、厚度分别是500，60，20。弹性模量为200GPa，泊松比为0.3。分别在载荷1500N及集中力偶230N・m发生横力与纯弯曲。 

　　由左图可看出正应力在自由端附近为零，随截面位置左移，应力相应增大，最大值出现在固定端。在固定端处最上与最下分别存在最大拉应力，最大压应力，二者相等。 

　　为载荷下的米塞斯应力图，左为集中载荷，右为集中力偶。结果与实际情况完全相符合。 

　　7 结束语 

　　本文对ANSYS软件相关方面进行了说明，立足于教学实际，从软件在教学工作中的优势以及目前材料力学教学现状作阐述。教师在教学工作中将软件教学作为教学工作的一个重点来抓，让学生通过自身动手实践，对书中知识及原理有自身的领悟，同时培养学生的专项技能。无论是从教师教学还是学生学习的角度来看，ANSYS软件应用都具有无可比拟的优势，是针对教学存在问题的有效解决途径。教师要重视，学生也要重视，学校更应该重视，从多方面为教学工作提供相应的保障。 

　　参考文献 

　　[1]刘斌.ANSYS软件在材料力学课程辅助教学中的应用[J].山东工业技术，2015（16）. 

　　[2]杨学晶，杨家军，谭丽辉.AnsysWorkbench软件在材料力学教学中的探索与应用[J].科技资讯，2015（24）. 

　　[3]张洪伟，席军，许月梅等.有限元数值模拟技术在材料力学教学中的应用探讨[J].化工高等教育，2016（02）.