基于ANSYS輔助《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)試驗(yàn)》教學(xué)的兩種實(shí)施方案，闡述了ANSYS進(jìn)行輔助《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)。為《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》的教學(xué)探索了一種新方法，對(duì)《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》教學(xué)進(jìn)行有益的嘗試。
【關(guān)鍵詞】ANSYS 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)
一、引言
目前國(guó)內(nèi)大多院校的土木工程專業(yè)課程《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》教學(xué)實(shí)驗(yàn)這一環(huán)節(jié)存在著學(xué)生人數(shù)多、課時(shí)少、實(shí)驗(yàn)類型單一和試驗(yàn)室條件有限的問題。因此我們采用ANSYS數(shù)值模擬試驗(yàn)這一教學(xué)方法來輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
二、ANSYS數(shù)值模擬試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)
�。ㄒ唬┡囵B(yǎng)學(xué)生興趣和開拓學(xué)生思維
ANSYS的直觀形象的圖形顯示可將抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為形象生動(dòng)的圖形增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)分析能力。ANSYS中后處理模塊能形象、直觀地顯示結(jié)構(gòu)的變形、位移及應(yīng)力分布情況，同時(shí)還能以動(dòng)畫的形式展示結(jié)構(gòu)從最初的加載到最終的變形的整個(gè)過程。學(xué)生對(duì)有限元技術(shù)產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，并且學(xué)生通過數(shù)值教學(xué)試驗(yàn)的練習(xí)，也可以對(duì)有關(guān)知識(shí)所存在的疑點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，從而可以極好地促進(jìn)知識(shí)的掌握和鞏固。
�。ǘ┰黾咏虒W(xué)試驗(yàn)數(shù)量、試驗(yàn)類型
《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》中很多試驗(yàn)是單一的，沒有變化的。比如進(jìn)行桁架內(nèi)力試驗(yàn)，現(xiàn)有的桁架只有一種形式，并且節(jié)點(diǎn)也不能完全認(rèn)為是鉸接。因此在試驗(yàn)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(yàn)，并且任意加載，這是現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)中無法比擬的。再比如對(duì)于鋼筋混凝土梁有多種破壞形態(tài)。限于時(shí)間經(jīng)費(fèi)等原因，我們只是進(jìn)行一種或兩種的試驗(yàn)，不能全面的進(jìn)行試驗(yàn)。限制了學(xué)生對(duì)各種破壞形態(tài)的認(rèn)識(shí)。利用ANSYS我們可以進(jìn)行多種破壞形式進(jìn)行試驗(yàn)。因此，通過ANSYS輔助試驗(yàn)，可以有效的增加試驗(yàn)數(shù)量，豐富試驗(yàn)類型。
�。ㄈ┬：嗽囼�(yàn)結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生的分析和應(yīng)用能力
通過ANSYS輔助試驗(yàn)可以進(jìn)行真實(shí)試驗(yàn)的校核。通過仿真試驗(yàn)與真實(shí)試驗(yàn)的校核分析，能使學(xué)生提高分析問題的`能力。譬如，桁架試驗(yàn)中得到的桿的應(yīng)力與仿真計(jì)算的不同，同學(xué)們通過實(shí)際觀察，在老師的指導(dǎo)下找出原因，分析出結(jié)果的差異。
三、實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)實(shí)施方法
（一）制作多媒體動(dòng)畫教學(xué)
很多高校已經(jīng)將ANSYS作為本科或研究生的必修課程。土木工程專業(yè)教師隊(duì)伍均具有較高ANSYS使用能力。目前各高校的土木工程專業(yè)大部分課程均采用現(xiàn)代多媒體教學(xué)技術(shù)，以上各條件為數(shù)值模擬試驗(yàn)的實(shí)施提供了很好的條件和保證。通過ANSYS制作的多媒體動(dòng)畫進(jìn)行結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的仿真輔助教學(xué)。這種方法非常簡(jiǎn)單可行，利用學(xué)校現(xiàn)有的資源即可以實(shí)施。
（二）開發(fā)仿真結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)教學(xué)
制作多媒體動(dòng)畫教學(xué)簡(jiǎn)單易行，但是學(xué)生不能親身操作實(shí)際軟件。通過開發(fā)仿真結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)，可以彌補(bǔ)上述不足。通過計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語(yǔ)言與ANSYS相結(jié)合，編制出仿真結(jié)構(gòu)試驗(yàn)軟件。試驗(yàn)軟件根據(jù)實(shí)際的試驗(yàn)?zāi)康�、�?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)步驟、思考練習(xí)模塊進(jìn)行試驗(yàn)。通過按下實(shí)驗(yàn)按鍵進(jìn)行試驗(yàn)。通過真正的仿真計(jì)算達(dá)到真實(shí)試驗(yàn)的目的。試驗(yàn)過程中，同學(xué)們可以選取擇自己的試驗(yàn)計(jì)算模型、加載方式以及數(shù)據(jù)處理方法。使得同學(xué)之間實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方式不盡相同，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情，有利與學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力的提高。
這種實(shí)施方法在開發(fā)仿真結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)過程中可能要投入大量的時(shí)間和精力。因此，在仿真軟件的開發(fā)過程中，必須考慮實(shí)驗(yàn)本身的多樣性問題、數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性及關(guān)聯(lián)性。在研究了其它課程實(shí)驗(yàn)軟件的開發(fā)方法及相關(guān)開發(fā)工具之后，根據(jù)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)自身的特點(diǎn)，充分利用大型通用有限元分析軟件ANSYS的強(qiáng)大三維建模、分析計(jì)算,特別是強(qiáng)大的后處理功能來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)仿真實(shí)驗(yàn)，探索出一條適合結(jié)構(gòu)試驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)軟件的開發(fā)方案。
四、小結(jié)
利用ANSYS強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和直觀的圖形顯示功能，將其與《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》材課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，使得學(xué)生更易于理解和掌握該課程，培養(yǎng)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(qiáng)工程設(shè)計(jì)和計(jì)算的意識(shí)概念，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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