Ansys Workbench软件在材料力学教学中的探索与应用

程学晶 杨家军 谭丽辉

摘 要：将Ansys Workbench软件应用于材料力学中，通过仿真模拟，求解出位移和应力等参数的分布云图。Ansys Workbench软件更加直观展示材料力学一些概念和定理，增加了学生学习的兴趣，培养了学生的工程意识，并且教学效果好。

关键词：Ansys Workbench软件 材料力学 教学

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。

参考文献

[1] 桑建兵，于文英，焦永树，等.数值模拟在工程力学课程教学中的应用研究[C]//力学与工程应用.2012.

[2] 谢华刚.在力学教学中应用有限元ANSYS软件的优越性分析[J].高等教育研究：成都，2011（4）：67-68.

[3] 黄志新，刘成柱.超级学习手册[M].北京：人民邮电出版社，2013.