ANSYS软件在材料力学课程辅助教学中的应用

ANSYS软件在材料力学课程辅助教学中的应用摘要：材料力学是工程力学学科的一门重要课程。

利用ANSYS软件在
材料力学课程的教学中适当安排上机训练，不仅能够提高学生学习材料力
学课程的兴趣，而且还能够加深学生对材料力学基础的理解与掌握。

关键词：ANSYS软件；材料力学课程；辅助教学
KeyWord：ANSYSoftware；materialmechaniccoure；aidedteaching 一、前言
材料力学是工程力学学科的一门重要基础课程，应用性较强。

材料力
学中有许多诸如应力、应变、位移等容易混淆的概念，同时在许多场合需
要进行复杂的数学推导。

学生在学习材料力学课程时，普遍感到此课程枯
燥乏味、难以掌握，不愿意主动学习。

可以在材料力学课程的教学中安排
适当的上机训练，引入ANSYS软件并使其在材料力学课程中起到辅助教学
的作用。

这样既能够提高学生学习材料力学课程的兴趣，还能加深学生对
材料力学的理解与掌握。

ANSYS软件是由美国ANSYS公司开发的高级CAE
工具，是一款融结构、流体、磁场、声场、热传导等领域静力学、动力学
及边界耦合问题分析于一体的大型、通用的有限元分析软件，应用最为广泛。

二、ANSYS软件在材料力学中的应用示例
材料力学的研究对象主要是梁杆柱等杆类构件，比较典型的为梁结构。

利用ANSYS软件可以通过计算机求解各种梁结构，求解步骤主要为：设立
某个具体问题的文件名；选择单元类型（梁结构为梁单元）；设置材料属性；定义实常数或者定义截面属性；建立模型（对于梁结构，首先建立关
键点然后依据关键点生成线，再网格划分生成单元和节点）；施加约束；施加荷载；运行计算；后处理显示结果。

■
图1简支梁的结构示意图
如图1所示为某一静定平面简支梁结构，利用ANSYS软件对这一静定平面简支梁结构求解出弯矩图和剪力图结果如图2所示。

■
■
图2简支梁的剪力图和弯矩图
从图2中可以清晰地看出该简支梁各个位置的剪力值和弯矩值，其中剪力正值表示对所取研究对象产生顺时针旋转效果（与我们所学习教材里关于剪力正负符号的规定相同），负值则表示对所取研究对象产生逆时针旋转效果，弯矩图中坐标轴向下。

根据此剪力图和弯矩图，我们一方面可以将各点的剪力（弯矩）值代入至材料力学课程中所学习的切（正）应力计算公式里求解出对应位置的切（正）应力值，另一方面我们也可以直接在ANSYS软件里求解出各个位置点的应力值。

其应力计算结果如下图3所示，从图3中可以看出，最大应力出现的位置在弯矩最大位置的截面的边缘处，最小应力位置出现在弯矩为零的支座处，与材料力学上的理论计算结果基本一致。

■
图3简支梁的弯曲应力图
不难验证，采用ANSYS软件计算求解出的此简支梁结构受力变形后的
弯矩图、剪力图及应力值与材料力学方法手工计算的理论值是完全吻合的。

三、结语
可以将ANSYS软件引入到材料力学课程的教学环节，利用ANSYS工程
软件分析解决材料力学课程中的一些简单、典型结构的力学分析问题，让
学生知道繁琐复杂的力学计算问题原来可以通过计算机完成，彻底改变学
生学习材料力学课程时感觉计算和公式枯燥无味的状态。

这样，不但能够
提高学生学习材料力学课程的兴趣与主动性，而且还能够加深学生对材料
力学知识的理解与掌握。