Ansys Workbench軟件在材料力學(xué)教學(xué)中的探索與應(yīng)用

程學(xué)晶 楊家軍 譚麗輝

摘 要：將Ansys Workbench軟件應(yīng)用于材料力學(xué)中，通過仿真模擬，求解出位移和應(yīng)力等參數(shù)的分布云圖。Ansys Workbench軟件更加直觀展示材料力學(xué)一些概念和定理，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識，并且教學(xué)效果好。

關(guān)鍵詞：Ansys Workbench軟件 材料力學(xué) 教學(xué)

中圖分類號：0311.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0171-02

對于機械類的學(xué)生來講，材料力學(xué)是一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)好此門課程的內(nèi)容不僅為后續(xù)課程打下良好的力學(xué)基礎(chǔ)，而且也可以將工程力學(xué)知識直接應(yīng)用于工程實踐，解決實際工程問題。對于學(xué)生來說，在有限的課堂里，既理解力學(xué)的基本概念和理論，又培養(yǎng)自己分析和解決實際問題的能力。顯然，學(xué)生是做不到。這就要求材料力學(xué)教師采取有效的教學(xué)方式，充分調(diào)動學(xué)生主動性，把抽象的教學(xué)內(nèi)容具體化，Ansys Workbench軟件可以對這樣問題進行模擬仿真，可得到事半功倍的教學(xué)效果[1]。

1 材料力學(xué)教學(xué)中存在的問題

由于材料力學(xué)典型特點是內(nèi)容抽象、理論性強。為了拓寬大學(xué)生的就業(yè)方向，各學(xué)校相應(yīng)調(diào)整了培養(yǎng)方案，材料力學(xué)壓縮到80個學(xué)時。保證教學(xué)內(nèi)容不變，在學(xué)時減少下，保證教學(xué)質(zhì)量完成教學(xué)任務(wù)，每位任課教師都面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。教師改變了傳統(tǒng)的板書教學(xué)，而采用多媒體教學(xué)，雖然課件可以圖文并茂，信息量大，但也存在弊端。為了節(jié)省課堂教學(xué)理論推導(dǎo)的時間，直接由多媒體給出推導(dǎo)的最終結(jié)果，學(xué)生對此印象不深，對結(jié)果理解不夠透徹，到實際應(yīng)用中就發(fā)蒙，無從下手。因此，提出把Ansys Workbench軟件引入課堂，作為課件的補充材料，使教學(xué)過程更清晰，內(nèi)容更加連貫和完整，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，促進學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新意識的提高，為國家培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的工程人才[1，2]。

2 Ansys Workbench軟件在材料力學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢

材料力學(xué)與工程實際聯(lián)系極為密切，其中一些定理、定律和結(jié)論廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，是解決工程實際問題的重要基礎(chǔ)課程。材料力學(xué)中，概念較多，對定理的理論推導(dǎo)也多，并且有些概念比較抽象，只單純的教學(xué)講解，學(xué)生不容易接受和理解。通過Ansys Workbench軟件模擬后，可以用云圖顯示內(nèi)容，具有比較直觀的特點。這種新的授課方式，可以通過顏色、動畫等大量的信息刺激學(xué)生，將充分調(diào)動學(xué)生的身心，提高課堂的氛圍，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，降低材料力學(xué)學(xué)習(xí)的難度。同時，可以通過軟件建模，增加學(xué)生對材料力學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生較強的結(jié)構(gòu)分析能力和創(chuàng)新意識。通過軟件模擬，學(xué)生經(jīng)過整個建模的過程，載荷的加載方法、材料性質(zhì)的加載，加深學(xué)生對工程背景的理解，提高解決工程實際問題的能力[1]。

3 Ansys Workbench軟件在教學(xué)中的應(yīng)用案例

3.1 問題描述

彎矩作用在鋼桿模型（見圖1）。鋼桿模型由1體和2體兩部分組成：1體的長寬高是10 mm×5 mm×15 mm；2體的長寬高是10 mm×5 mm×15 mm，在端面3處被固定，彎矩作用在1體上，方向為垂直Y軸，由X軸指向Z軸，分析在彎矩作用下鋼桿的變形及應(yīng)力分布[3]。

3.2 結(jié)果分析

根據(jù)Ansys Workbench軟件使用方法，啟動Workbench并建立分析項目靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析；導(dǎo)入創(chuàng)建的幾何體；添加材料庫；添加模型材料屬性；劃分網(wǎng)格；施加載荷與約束；結(jié)果后處理等步驟后，求解出等效應(yīng)力分析云圖（見圖2）、等效應(yīng)變分析云圖（見圖3）和總變形分析云圖（見圖4）。

4 結(jié)語

把Ansys Workbench軟件引入到材料力學(xué)，教師靈活運用到教學(xué)中，通過創(chuàng)建模型，進行仿真模擬，求解后可以輸出應(yīng)力、應(yīng)變和位移等參數(shù)的分布云圖，生動直觀展現(xiàn)在學(xué)生面前，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。同時，也激發(fā)學(xué)生使用Ansys Workbench軟件解決實際材料力學(xué)問題，培養(yǎng)他們的良好工程意識和創(chuàng)新思維，提高他們的工程實踐能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 桑建兵，于文英，焦永樹，等.數(shù)值模擬在工程力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[C]//力學(xué)與工程應(yīng)用.2012.

[2] 謝華剛.在力學(xué)教學(xué)中應(yīng)用有限元ANSYS軟件的優(yōu)越性分析[J].高等教育研究：成都，2011（4）：67-68.

[3] 黃志新，劉成柱.超級學(xué)習(xí)手冊[M].北京：人民郵電出版社，2013.