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Ansys Workbench软件在材料力学教学中的探索与应用

  中图分类号:0311.2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)08(c)-0171-02
  对于机械类的学生来讲,材料力学是一门十分重要的专业基础课,学好此门课程的内容不仅为后续课程打下良好的力学基础,而且也可以将工程力学知识直接应用于工程实践,解决实际工程问题。对于学生来说,在有限的课堂里,既理解力学的基本概念和理论,又培养自己分析和解决实际问题的能力。显然,学生是做不到。这就要求材料力学教师采取有效的教学方式,充分调动学生主动性,把抽象的教学内容具体化,Ansys Workbench软件可以对这样问题进行模拟仿真,可得到事半功倍的教学效果[1]。
  1 材料力学教学中存在的问题
  由于材料力学典型特点是内容抽象、理论性强。为了拓宽大学生的就业方向,各学校相应调整了培养方案,材料力学压缩到80个学时。保证教学内容不变,在学时减少下,保证教学质量完成教学任务,每位任课教师都面临严峻的挑战。教师改变了传统的板书教学,而采用多媒体教学,虽然课件可以图文并茂,信息量大,但也存在弊端。为了节省课堂教学理论推导的时间,直接由多媒体给出推导的最终结果,学生对此印象不深,对结果理解不够透彻,到实际应用中就发蒙,无从下手。因此,提出把Ansys Workbench软件引入课堂,作为课件的补充材料,使教学过程更清晰,内容更加连贯和完整,激发学生学习的兴趣,促进学生的工程实践能力和创新意识的提高,为国家培养出更多高素质的工程人才[1,2]。
  2 Ansys Workbench软件在材料力学教学中的优势
  材料力学与工程实际联系极为密切,其中一些定理、定律和结论广泛应用于各行各业,是解决工程实际问题的重要基础课程。材料力学中,概念较多,对定理的理论推导也多,并且有些概念比较抽象,只单纯的教学讲解,学生不容易接受和理解。通过Ansys Workbench软件模拟后,可以用云图显示内容,具有比较直观的特点。这种新的授课方式,可以通过颜色、动画等大量的信息刺激学生,将充分调动学生的身心,提高课堂的氛围,调动学生学习的主动性,降低材料力学学习的难度。同时,可以通过软件建模,增加学生对材料力学学习的兴趣,培养学生较强的结构分析能力和创新意识。通过软件模拟,学生经过整个建模的过程,载荷的加载方法、材料性质的加载,加深学生对工程背景的理解,提高解决工程实际问题的能力[1]。
  3 Ansys Workbench软件在教学中的应用案例
  3.1 问题描述
  弯矩作用在钢杆模型(见图1)。钢杆模型由1体和2体两部分组成:1体的长宽高是10 mm×5 mm×15 mm;2体的长宽高是10 mm×5 mm×15 mm,在端面3处被固定,弯矩作用在1体上,方向为垂直Y轴,由X轴指向Z轴,分析在弯矩作用下钢杆的变形及应力分布[3]。
  3.2 结果分析
  根据Ansys Workbench软件使用方法,启动Workbench并建立分析项目静态结构分析;导入创建的几何体;添加材料库;添加模型材料属性;划分网格;施加载荷与约束;结果后处理等步骤后,求解出等效应力分析云图(见图2)、等效应变分析云图(见图3)和总变形分析云图(见图4)。
  4 结语
  把Ansys Workbench软件引入到材料力学,教师灵活运用到教学中,通过创建模型,进行仿真模拟,求解后可以输出应力、应变和位移等参数的分布云图,生动直观展现在学生面前,调动学生学习的兴趣。同时,也激发学生使用Ansys Workbench软件解决实际材料力学问题,培养他们的良好工程意识和创新思维,提高他们的工程实践能力。

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