谈ANSYS与《材料力学》课程教学的有机结合

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叶勇谈ＡＮＳＹＳ与《材料力学》课程教学的有机结合本刊Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｉｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ高校园地

为图文并茂、生动形象的画面。由此可以启发学生的形象思维、培养和激发学生的学习兴趣，提高教学效率，增强教学效果。

２．２培养学生的分析和应用能力

材料力学的主要任务是研究构件在外力作用下的变形、失效、破坏等规律以及各自满足强度、刚度、稳定性要求时的具体构件计算表达式，从而为合理确定构件材料和截面形状提供理论基础和数学方法‘２－３］。在学习材料力学时，大部分学生对工程结构及构件缺乏了解，对结构和构件受到的约束、载荷及其简化形式没有足够的认识，对各种变形形式特别是应力分布大致规律很难想象。通过ＡＮＳＹＳ中直观形象的图形显示以及建模过程可以形象地展示构件或结构的整个变形过程、变形后的形状及应力分布规律。这样可以加深学生对工程实际背景的理解，开拓他们的空间想象能力，培养他们对实际工程的分析能力和应用能力，真正做到理论联系实际，为以后的工程结构设计和分析打下坚实的理论基础。

２．３培养学生的计算机应用能力

ＡＮＳＹＳ作为现今通用的大型有限元软件，拥有极强大的计算分析和图形显示功能，将其与材料力学的教学相结合，可以使学生更容易地理解教学中的一些疑难问题。通过这种与计算机结合的教学方式，可以扩宽学生的视野，拓宽知识面，同时了解有限元这～现代数值计算方法，为今后的毕业设计和工作奠定良好的基础。

ＡＮＳＹＳ在教学中的具体应用道横力弯曲时横截面上除了有正应力还有剪应力，而纯弯曲时横截面上只有正应力，这一现象刚好从两图中得到了充分证明，从而使学生深刻地理解和掌握该知识点。

３．２圆环中的应力集中现象

应力集中是工程实际中普遍存在的～种力学现象，也是材料力学课程教学中的一个难点。很多同学对应力集中只有模糊的认识，同时对影响应力集中的因素也只是从字面上去理解它，这就造成了一种理论脱离实际的教学现象。ＡＮＳＹＳ能模拟和再现各种结构和构件的应力集中现象，把应力集中用图形的形式展示出来，这对于很多同学来讲无疑可以加深对该知识的理解，从而能真正设计和计算部分工程结构。

例如，现有一内径１００ｔｏｎｉ、外径２００咖的圆环，在一对沿着直径方向的集中力作用下发生１ｍｍ的压缩量。已知材料的弹性模量Ｅ＝２ＧＰａ。试用ＡＮＳＹＳ计算其应力集中系数。

图３～图８显示了中心受压圆环的各种应力分布云图，从图中可以看到，每种应力分布图中都有严重的应力集中现象，和材料力学教学中相关内容十分吻合，由此可以让学生生动地理解应力集中的概念以及如何设计和考虑有应力集中现象的工程结构，这样不仅可以避免传统教学中的不足，还可以培养学生的结构分析创新能力，较系统地掌握力学方面的知识。

３．１悬臂梁在不同受弯情况下的应力分布规律

ＡＮＳＹＳ具有强大的前后处理功能，能很好地模拟工程实际中的各种

结构和构件。对于材料力学中的梁也有着很好的模拟和再现功能，可以

显示各种截面形状梁的各种内力，如轴力、剪力、扭矩、弯矩及各截面的

应力分布情况和挠度情况，同时还能精确计算不同截面的截面特性，如

截面惯性矩、极惯性矩及扭转常数和弯曲常数等。这能加深学生对该部

分内容的直观印象，提高了教学效果。图３水平方向正应力分布图图４竖直方向正应力分布图例如，现有一悬臂梁，长度Ｌ＝２５４ｍｍ，高度Ｈ＝５０．８ｍｉｌｌ，厚度Ｂ＝２５．４

ｍｉｌｌ，在端部作用有不同的载荷，弹性模量Ｅ＝２０７ＧＰａ，泊松比／ｚ＝０，集中

力的大小庠１３３４．５Ｎ，集中力偶矩Ｍ＝２２６Ｎｍ，确定在不同的载荷条件

下自由端的最大挠度和截面应力分布情况。

图１和图２分别为悬臂梁在端部作用集中力偶和集中力时的应力

分布图，从图ｌ可看到梁的截面应力从下往上呈规律性变化，而图２中

的截面应力变化则没有明显的规律。这是因为图ｌ对应的梁所受弯曲为

材料力学中的纯弯曲，而图２对应的则为横力弯曲。由材料力学知识知

图１悬臂梁在端部集中力偶作用下的应力分布图图２悬臂梁在端部集中力作用下的应力分布图

图５水平面内的剪应力分布图图６第一主应力分布图

图７第三主应力分布图图８Ｍｉｓｅｓ应力分布图４结语

利用ＡＮＳＹＳ强大的数值计算和直观的图形显示功能，将其与材料力学课程教学有机结合起来，使得学生更易于理解和掌握该课程的基本概念，提高了空间想象能力、形象思维能力，开阔了眼界，拓宽了视野，从而有效解决了教学中的一些疑难问题，培养了学生的兴趣，在少学时的情况下提高了教学质量和效率。并在一定程度上可以使学生理论联系实

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谈ANSYS与《材料力学》课程教学的有机结合

作者：叶勇， YE Yong

作者单位：华侨大学机电及自动化学院,福建,泉州,362021

刊名：

科技情报开发与经济

英文刊名：SCI/TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY

年，卷(期)：2005,15(20)

被引用次数：8次

1.范钦珊工程力学教程 1998

2.刘鸿文材料力学 1992

3.刑静忠ANSYSY7.0分析实例与工程应用 2004

1.林红.胡玉林.薛世峰ANSYS在工科材料力学教学中的应用[期刊论文]-电脑学习 2011(1)

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5.赵连华基于VB的材料力学仿真实验系统[期刊论文]-河北软件职业技术学院学报 2007(3)

6.赵连华基于VB的《材料力学仿真实验》系统[期刊论文]-河北北方学院学报（自然科学版） 2007(3)

7.赵连华基于VB的《材料力学仿真实验》演示系统[期刊论文]-华北科技学院学报 2007(1)

8.赵连华基于VB和ANSYS的《材料力学仿真实验》系统[期刊论文]-长沙航空职业技术学院学报 2007(1)本文链接：/Periodical_kjqbkfyjj200520124.aspx