基于ANSYS軟件在材料力學實驗課程中的應用

蘇金文

摘 要：材料力學課程概念較多，知識比較抽象，學習起來難于理解，而ANSYS軟件模擬分析能力很強，能夠使相關知識變得更直觀、形象，因此，可以實現兩者的有效融合。文中運用ANSYS重點分析了拉伸實驗中拉伸應力、應變及彎曲實驗中梁的彎曲應力應變情況，展示了ANSYS與材料力學相關實驗相結合的可操作性。

關鍵詞：ANSYS 材料力學 拉伸 彎曲

中圖分類號：G64 文獻標識碼：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 材料力學課程實驗特點

材料力學[1]對于機械專業而言是一門必修課，目前，“材料力學”課程中一些重要的內容，如拉壓、扭轉和彎曲變形，除課堂上多媒體教學外，通常依靠現有的實驗條件進行驗證性實驗教學，而有時存在實驗條件不具備的情況，這樣就無法對相關知識進行實驗驗證，此時如果在實驗教學中采用直觀的圖形顯示，也可以將抽象的概念形象化，同時增強學生對結構的感性認識，培養較強的結構分析能力，因此，可以嘗試引入ANSYS軟件進行簡單的建模計算，并將計算結果形象地展示給學生。

2 ANSYS軟件應用特點

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

3 ANSYS在材料力學實驗中應用實例

（1）拉伸實驗。材料力學中的低碳鋼拉伸試驗[3]通常在實際中通過拉力機拉伸，宏觀上可以觀察到試樣縮頸現象，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力變化和應變變化如圖2和圖3所示。

（2）彎曲實驗。材料力學中的彎曲實驗[4]通常采用簡支梁、懸臂梁等結構進行實驗分析，該文采用簡支梁進行分析，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，這樣得出的結論和實際計算結果相一致。

4 結語

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

參考文獻

[1] 劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2] 王呼佳，陳洪軍.ANSYS工程分析進階實例[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力應變曲線[J].塑性工程學報，2015，22（6）：161-169.

[4] 李秀蓮.疊梁的應力分析[J].青海大學學報：自然科學版，2002，22（4）：28-30.