基于ANSYS軟件在材料力學(xué)實驗課程中的應(yīng)用

蘇金文

摘 要：材料力學(xué)課程概念較多，知識比較抽象，學(xué)習(xí)起來難于理解，而ANSYS軟件模擬分析能力很強(qiáng)，能夠使相關(guān)知識變得更直觀、形象，因此，可以實現(xiàn)兩者的有效融合。文中運用ANSYS重點分析了拉伸實驗中拉伸應(yīng)力、應(yīng)變及彎曲實驗中梁的彎曲應(yīng)力應(yīng)變情況，展示了ANSYS與材料力學(xué)相關(guān)實驗相結(jié)合的可操作性。

關(guān)鍵詞：ANSYS 材料力學(xué) 拉伸 彎曲

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（b）-0135-02

Based on the Application of ANSYS in Material Mechanics Experiment

Su Jingwen

（Chuzhou University， Institute of Mechanical and Automotive Engineering， Chuzhou Anhui， 23900， China）

Abstract：The concept of Material Mechanics is more and abstract， which is hard to understand. However， the ability of ANSYS simulation analysis is very strong， which can make the knowledge more intuitive and visual， therefore， the effective integration can be realized. In this paper， the stress and strain of stretch and bending are analyzed in tensile and bending experiments， showing the operability of the ANSYS combined with the material mechanics experiment.

Key Words：ANSYS； Material mechanics； Stretch； Bending

1 材料力學(xué)課程實驗特點

材料力學(xué)[1]對于機(jī)械專業(yè)而言是一門必修課，目前，“材料力學(xué)”課程中一些重要的內(nèi)容，如拉壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲變形，除課堂上多媒體教學(xué)外，通常依靠現(xiàn)有的實驗條件進(jìn)行驗證性實驗教學(xué)，而有時存在實驗條件不具備的情況，這樣就無法對相關(guān)知識進(jìn)行實驗驗證，此時如果在實驗教學(xué)中采用直觀的圖形顯示，也可以將抽象的概念形象化，同時增強(qiáng)學(xué)生對結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識，培養(yǎng)較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)分析能力，因此，可以嘗試引入ANSYS軟件進(jìn)行簡單的建模計算，并將計算結(jié)果形象地展示給學(xué)生。

2 ANSYS軟件應(yīng)用特點

ANSYS軟件[2]中分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析，可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析，能形象、直觀地顯示結(jié)構(gòu)的變形、位移及應(yīng)力分布情況，同時還能以動畫的形式展示結(jié)構(gòu)從最初加載到最終變形的整個過程。

3 ANSYS在材料力學(xué)實驗中應(yīng)用實例

（1）拉伸實驗。材料力學(xué)中的低碳鋼拉伸試驗[3]通常在實際中通過拉力機(jī)拉伸，宏觀上可以觀察到試樣縮頸現(xiàn)象，在此，可采用ANSYS模擬，選用拉伸試樣彈性模量為0.175e6，泊松比為0.3，密度為7.85 kg/m2。圖1為材料拉伸變形的整體過程，其中a圖為變形初始，b圖為變形后期。

通過加載求解后，得出試樣拉伸變形應(yīng)力變化和應(yīng)變變化如圖2和圖3所示。

（2）彎曲實驗。材料力學(xué)中的彎曲實驗[4]通常采用簡支梁、懸臂梁等結(jié)構(gòu)進(jìn)行實驗分析，該文采用簡支梁進(jìn)行分析，給梁沿長度方向施加均勻載荷10 kN，梁的橫截面積1.5 mm2，轉(zhuǎn)動慣量IZZ=0.28125，IYY=0.125。力的加載如圖4所示。

通過ANSYS模擬，繪制出的剪力圖、彎矩圖分別如圖5、圖6所示，這樣得出的結(jié)論和實際計算結(jié)果相一致。

4 結(jié)語

通過ANSYS對拉伸實驗和彎曲實驗的模擬，將其與材料力學(xué)課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，既發(fā)揮了計算機(jī)的數(shù)值計算功能，又與直觀的圖形顯示功能相結(jié)合，使得學(xué)生更易于理解和掌握所授課程的抽象力學(xué)概念，培養(yǎng)了學(xué)生的興趣，提升了學(xué)生的形象思維能力，拓寬了學(xué)生的視野，提高了教學(xué)質(zhì)量和效率，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的計算機(jī)應(yīng)用能力，有助于學(xué)生運用軟件進(jìn)行實際工程實例分析，在一定程度上可以使學(xué)生理論聯(lián)系實際，為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2] 王呼佳，陳洪軍.ANSYS工程分析進(jìn)階實例[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[3] 趙坤民，范蓉，王立民，等.逆法識別金屬板材頸縮階段應(yīng)力應(yīng)變曲線[J].塑性工程學(xué)報，2015，22（6）：161-169.

[4] 李秀蓮.疊梁的應(yīng)力分析[J].青海大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2002，22（4）：28-30.