基於ANSYS輔助《結構試驗》實驗教學研究論文

【摘 要】本文提出利用大型有限元分析軟件 ANSYS進行輔助《結構試驗》教學的兩種實施方案，闡述了ANSYS進行輔助《結構試驗》教學的優點。為《結構試驗》的教學探索了一種新方法，對《結構試驗》教學進行有益的嘗試。

【關鍵詞】ANSYS 實驗教學 結構試驗

一、引言

目前國內大多院校的土木工程專業課程《結構試驗》教學實驗這一環節存在着學生人數多、課時少、實驗類型單一和試驗室條件有限的問題。因此我們採用ANSYS數值模擬試驗這一教學方法來輔助實驗教學。

二、ANSYS數值模擬試驗的優勢

（一）培養學生興趣和開拓學生思維

ANSYS的直觀形象的圖形顯示可將抽象的數據轉化為形象生動的圖形增強了學生對結構的感性認識，培養較強的結構分析能力。ANSYS中後處理模塊能形象、直觀地顯示結構的變形、位移及應力分佈情況，同時還能以動畫的形式展示結構從最初的加載到最終的變形的整個過程。學生對有限元技術產生濃厚的學習興趣，並且學生通過數值教學試驗的練習，也可以對有關知識所存在的`疑點、難點進行驗證，從而可以極好地促進知識的掌握和鞏固。

（二）增加教學試驗數量、試驗類型

《結構試驗》中很多試驗是單一的，沒有變化的。比如進行桁架內力試驗，現有的桁架只有一種形式，並且節點也不能完全認為是鉸接。因此在試驗中缺少變化。利用ANSYS我們可以進行多種桁架形式進行試驗，並且任意加載，這是現實試驗中無法比擬的。再比如對於鋼筋混凝土樑有多種破壞形態。限於時間經費等原因，我們只是進行一種或兩種的試驗，不能全面的進行試驗。限制了學生對各種破壞形態的認識。利用ANSYS我們可以進行多種破壞形式進行試驗。因此，通過ANSYS輔助試驗，可以有效的增加試驗數量，豐富試驗類型。

（三）校核試驗結果，培養學生的分析和應用能力

通過ANSYS輔助試驗可以進行真實試驗的校核。通過仿真試驗與真實試驗的校核分析，能使學生提高分析問題的能力。譬如，桁架試驗中得到的杆的應力與仿真計算的不同，同學們通過實際觀察，在老師的指導下找出原因，分析出結果的差異。

三、實驗輔助教學實施方法

（一）製作多媒體動畫教學

很多高校已經將ANSYS作為本科或研究生的必修課程。土木工程專業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大部分課程均採用現代多媒體教學技術，以上各條件為數值模擬試驗的實施提供了很好的條件和保證。通過ANSYS製作的多媒體動畫進行結構試驗的仿真輔助教學。這種方法非常簡單可行，利用學校現有的資源即可以實施。

（二）開發仿真結構試驗系統教學

製作多媒體動畫教學簡單易行，但是學生不能親身操作實際軟件。通過開發仿真結構試驗系統進行教學，可以彌補上述不足。通過計算機高級程式語言與ANSYS相結合，編制出仿真結構試驗軟件。試驗軟件根據實際的試驗目的、實驗原理、實驗設備、試驗步驟、思考練習模塊進行試驗。通過按下實驗按鍵進行試驗。通過真正的仿真計算達到真實試驗的目的。試驗過程中，同學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。使得同學之間實驗內容、方式不盡相同，增強了學生學習興趣和熱情，有利與學生的自我學習能力的提高。

這種實施方法在開發仿真結構試驗系統過程中可能要投入大量的時間和精力。因此，在仿真軟件的開發過程中，必須考慮實驗本身的多樣性問題、數據處理的複雜性及關聯性。在研究了其它課程實驗軟件的開發方法及相關開發工具之後，根據結構試驗自身的特點，充分利用大型通用有限元分析軟件ANSYS的強大三維建模、分析計算,特別是強大的後處理功能來實現結構仿真實驗，探索出一條適合結構試驗仿真實驗軟件的開發方案。

四、小結

利用ANSYS強大的數值計算和直觀的圖形顯示功能，將其與《結構試驗》材課程教學有機結合起來，使得學生更易於理解和掌握該課程，培養了學生的興趣，在少學時的情況下提高了教學質量和效率。並在一定程度上可以使學生理論聯繫實際，增強工程設計和計算的意識概念，同時培養了學生的計算機應用能力，為以後的工作打下了堅實的基礎。

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