基于ANSYS輔助《結(jié)構(gòu)試驗》實驗教學(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(jié)構(gòu)試驗》教學(xué)的兩種實施方案，闡述了ANSYS進(jìn)行輔助《結(jié)構(gòu)試驗》教學(xué)的優(yōu)點。為《結(jié)構(gòu)試驗》的教學(xué)探索了一種新方法，對《結(jié)構(gòu)試驗》教學(xué)進(jìn)行有益的嘗試。
【關(guān)鍵詞】ANSYS 實驗教學(xué) 結(jié)構(gòu)試驗
一、引言
目前國內(nèi)大多院校的土木工程專業(yè)課程《結(jié)構(gòu)試驗》教學(xué)實驗這一環(huán)節(jié)存在著學(xué)生人數(shù)多、課時少、實驗類型單一和試驗室條件有限的問題。因此我們采用ANSYS數(shù)值模擬試驗這一教學(xué)方法來輔助實驗教學(xué)。
二、ANSYS數(shù)值模擬試驗的優(yōu)勢
（一）培養(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)化為形象生動的圖形增強(qiáng)了學(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。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，同時還能以動畫的形式展示結(jié)構(gòu)從最初的加載到最終的變形的整個過程。學(xué)生對有限元技術(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)試驗的練習(xí)，也可以對有關(guān)知識所存在的疑點、難點進(jìn)行驗證，從而可以極好地促進(jìn)知識的掌握和鞏固。
（二）增加教學(xué)試驗數(shù)量、試驗類型
《結(jié)構(gòu)試驗》中很多試驗是單一的，沒有變化的。比如進(jìn)行桁架內(nèi)力試驗，現(xiàn)有的桁架只有一種形式，并且節(jié)點也不能完全認(rèn)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(xiàn)實試驗中無法比擬的。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(rèn)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ANSYS輔助試驗，可以有效的增加試驗數(shù)量，豐富試驗類型。
（三）校核試驗結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生的分析和應(yīng)用能力
通過ANSYS輔助試驗可以進(jìn)行真實試驗的校核。通過仿真試驗與真實試驗的校核分析，能使學(xué)生提高分析問題的`能力。譬如，桁架試驗中得到的桿的應(yīng)力與仿真計算的不同，同學(xué)們通過實際觀察，在老師的指導(dǎo)下找出原因，分析出結(jié)果的差異。
三、實驗輔助教學(xué)實施方法
（一）制作多媒體動畫教學(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)值模擬試驗的實施提供了很好的條件和保證。通過ANSYS制作的多媒體動畫進(jìn)行結(jié)構(gòu)試驗的仿真輔助教學(xué)。這種方法非常簡單可行，利用學(xué)校現(xiàn)有的資源即可以實施。
（二）開發(fā)仿真結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)教學(xué)
制作多媒體動畫教學(xué)簡單易行，但是學(xué)生不能親身操作實際軟件。通過開發(fā)仿真結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)，可以彌補(bǔ)上述不足。通過計算機(jī)高級編程語言與ANSYS相結(jié)合，編制出仿真結(jié)構(gòu)試驗軟件。試驗軟件根據(jù)實際的試驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒炘O(shè)備、試驗步驟、思考練習(xí)模塊進(jìn)行試驗。通過按下實驗按鍵進(jìn)行試驗。通過真正的仿真計算達(dá)到真實試驗的目的。試驗過程中，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(shù)據(jù)處理方法。使得同學(xué)之間實驗內(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。
這種實施方法在開發(fā)仿真結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)過程中可能要投入大量的時間和精力。因此，在仿真軟件的開發(fā)過程中，必須考慮實驗本身的多樣性問題、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驗軟件的開發(fā)方法及相關(guān)開發(fā)工具之后，根據(jù)結(jié)構(gòu)試驗自身的特點，充分利用大型通用有限元分析軟件ANSYS的強(qiáng)大三維建模、分析計算,特別是強(qiáng)大的后處理功能來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)仿真實驗，探索出一條適合結(jié)構(gòu)試驗仿真實驗軟件的開發(fā)方案。
四、小結(jié)
利用ANSYS強(qiáng)大的數(shù)值計算和直觀的圖形顯示功能，將其與《結(jié)構(gòu)試驗》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)系實際，增強(qiáng)工程設(shè)計和計算的意識概念，同時培養(yǎng)了學(xué)生的計算機(jī)應(yīng)用能力，為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。
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