基于A(yíng)NSYS輔助《結構試驗》實(shí)驗教學(xué)研究論文
【摘 要】本文提出利用大型有限元分析軟件 ANSYS進(jìn)行輔助《結構試驗》教學(xué)的兩種實(shí)施方案，闡述了ANSYS進(jìn)行輔助《結構試驗》教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)。為《結構試驗》的教學(xué)探索了一種新方法，對《結構試驗》教學(xué)進(jìn)行有益的嘗試。
【關(guān)鍵詞】ANSYS 實(shí)驗教學(xué) 結構試驗
一、引言
目前國內大多院校的土木工程專(zhuān)業(yè)課程《結構試驗》教學(xué)實(shí)驗這一環(huán)節存在著(zhù)學(xué)生人數多、課時(shí)少、實(shí)驗類(lèi)型單一和試驗室條件有限的問(wèn)題。因此我們采用ANSYS數值模擬試驗這一教學(xué)方法來(lái)輔助實(shí)驗教學(xué)。
二、ANSYS數值模擬試驗的優(yōu)勢
�。ㄒ唬┡囵B學(xué)生興趣和開(kāi)拓學(xué)生思維
ANSYS的直觀(guān)形象的圖形顯示可將抽象的數據轉化為形象生動(dòng)的圖形增強了學(xué)生對結構的感性認識，培養較強的結構分析能力。ANSYS中后處理模塊能形象、直觀(guān)地顯示結構的變形、位移及應力分布情況，同時(shí)還能以動(dòng)畫(huà)的形式展示結構從最初的加載到最終的變形的整個(gè)過(guò)程。學(xué)生對有限元技術(shù)產(chǎn)生濃厚的學(xué)習興趣，并且學(xué)生通過(guò)數值教學(xué)試驗的練習，也可以對有關(guān)知識所存在的疑點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行驗證，從而可以極好地促進(jìn)知識的掌握和鞏固。
�。ǘ┰黾咏虒W(xué)試驗數量、試驗類(lèi)型
《結構試驗》中很多試驗是單一的，沒(méi)有變化的。比如進(jìn)行桁架內力試驗，現有的桁架只有一種形式，并且節點(diǎn)也不能完全認為是鉸接。因此在試驗中缺少變化。利用ANSYS我們可以進(jìn)行多種桁架形式進(jìn)行試驗，并且任意加載，這是現實(shí)試驗中無(wú)法比擬的。再比如對于鋼筋混凝土梁有多種破壞形態(tài)。限于時(shí)間經(jīng)費等原因，我們只是進(jìn)行一種或兩種的試驗，不能全面的進(jìn)行試驗。限制了學(xué)生對各種破壞形態(tài)的認識。利用ANSYS我們可以進(jìn)行多種破壞形式進(jìn)行試驗。因此，通過(guò)ANSYS輔助試驗，可以有效的增加試驗數量，豐富試驗類(lèi)型。
�。ㄈ┬：嗽囼灲Y果，培養學(xué)生的分析和應用能力
通過(guò)ANSYS輔助試驗可以進(jìn)行真實(shí)試驗的校核。通過(guò)仿真試驗與真實(shí)試驗的校核分析，能使學(xué)生提高分析問(wèn)題的`能力。譬如，桁架試驗中得到的桿的應力與仿真計算的不同，同學(xué)們通過(guò)實(shí)際觀(guān)察，在老師的指導下找出原因，分析出結果的差異。
三、實(shí)驗輔助教學(xué)實(shí)施方法
�。ㄒ唬┲谱鞫嗝襟w動(dòng)畫(huà)教學(xué)
很多高校已經(jīng)將ANSYS作為本科或研究生的必修課程。土木工程專(zhuān)業(yè)教師隊伍均具有較高ANSYS使用能力。目前各高校的土木工程專(zhuān)業(yè)大部分課程均采用現代多媒體教學(xué)技術(shù)，以上各條件為數值模擬試驗的實(shí)施提供了很好的條件和保證。通過(guò)ANSYS制作的多媒體動(dòng)畫(huà)進(jìn)行結構試驗的仿真輔助教學(xué)。這種方法非常簡(jiǎn)單可行，利用學(xué)�，F有的資源即可以實(shí)施。
�。ǘ╅_(kāi)發(fā)仿真結構試驗系統教學(xué)
制作多媒體動(dòng)畫(huà)教學(xué)簡(jiǎn)單易行，但是學(xué)生不能親身操作實(shí)際軟件。通過(guò)開(kāi)發(fā)仿真結構試驗系統進(jìn)行教學(xué)，可以彌補上述不足。通過(guò)計算機高級編程語(yǔ)言與ANSYS相結合，編制出仿真結構試驗軟件。試驗軟件根據實(shí)際的試驗目的、實(shí)驗原理、實(shí)驗設備、試驗步驟、思考練習模塊進(jìn)行試驗。通過(guò)按下實(shí)驗按鍵進(jìn)行試驗。通過(guò)真正的仿真計算達到真實(shí)試驗的目的。試驗過(guò)程中，同學(xué)們可以選取擇自己的試驗計算模型、加載方式以及數據處理方法。使得同學(xué)之間實(shí)驗內容、方式不盡相同，增強了學(xué)生學(xué)習興趣和熱情，有利與學(xué)生的自我學(xué)習能力的提高。
這種實(shí)施方法在開(kāi)發(fā)仿真結構試驗系統過(guò)程中可能要投入大量的時(shí)間和精力。因此，在仿真軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，必須考慮實(shí)驗本身的多樣性問(wèn)題、數據處理的復雜性及關(guān)聯(lián)性。在研究了其它課程實(shí)驗軟件的開(kāi)發(fā)方法及相關(guān)開(kāi)發(fā)工具之后，根據結構試驗自身的特點(diǎn)，充分利用大型通用有限元分析軟件ANSYS的強大三維建模、分析計算,特別是強大的后處理功能來(lái)實(shí)現結構仿真實(shí)驗，探索出一條適合結構試驗仿真實(shí)驗軟件的開(kāi)發(fā)方案。
四、小結
利用ANSYS強大的數值計算和直觀(guān)的圖形顯示功能，將其與《結構試驗》材課程教學(xué)有機結合起來(lái)，使得學(xué)生更易于理解和掌握該課程，培養了學(xué)生的興趣，在少學(xué)時(shí)的情況下提高了教學(xué)質(zhì)量和效率。并在一定程度上可以使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，增強工程設計和計算的意識概念，同時(shí)培養了學(xué)生的計算機應用能力，為以后的工作打下了堅實(shí)的基礎。
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