新闻资讯

材料力学是工科专业的必修课，本课程的主要任务是研究构件在外力作用下的强度、刚度、稳定性分析的基本理论和方法，其采用的解题方法是列构件受力的静力学平衡方程式、和超静定结构下构件的变形几何关系式及构件的物理关系式，进而进行相应的强度、刚度、稳定性等力学性能的解析分析。这个过程中寻找和发现复杂工况下超静定结构件的变形几何关系比较困难，从而成为进一步分析的羁绊。基于这种问题及目前行业中已广泛运用计算机仿真模拟软件ANSYS分析构件的强度、刚度、稳定性问题，决定在材料力学教学中以案例教学、实践教学等方法探索引进ANSYS对构件的分析，通过丰富的学习手段提升学生领悟教材中的知识和解决实际问题的能力。
1有限元法教学
由于大型工程结构往往相当复杂，如果利用材料力学教材中的数学解析法方式校核实际工况下的强度、刚度和稳定性问题的话，需对不同工况下的某个、甚至多个零部件针对性的进行多次受力分析并列出多组静力学平衡方程，必要时还得借助威尔沃特图解法和找繁杂的超静定结构件变形几何关系图，这种解决方式其受力分析多次反复、解题步骤和过程太繁杂，且耗时，且在实际的工程应用中，这种设计方法不太合理。
基于ANSYS目前已成为国际最流行的有限元分析软件。其基本思想是将物体连续的求解域离散成有限个简单单元的组合,用这些单元的集合来模拟或逼近原来的物体,从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题,对复杂的工程问题借助计算机求解得到满足一定精度要求的数值结果^[1]。而借助有限元软件只要设置好合理的边界和载荷条件，就能用有限元软件对其进行全自动分析和计算，在分析过程中，针对存在的问题，又能查阅材料力学课程的理论，实现学以致用的培养目标^[2]。
现以实际工况中放顶煤液压支架为例，在课堂教学中通过ANSYS软件现场演示的方式分别分析支架的顶梁受偏载且底座受扭、顶梁及底座同时受扭、底座受集中载且顶梁受偏载三种情形时支架底座的强度来进行ANSYS软件的力学分析教学。  
在ANSYS软件中导入“.x-t”格式的支架三维实体模型图进行结构分析，经过设置单元类型、确定分析类型、定义实常数、力学参数、划分网格、限定约束、施加载荷、求解运算、设定Von mises stress变形图的过程即可得到支架底座的应力分布云图，图1^[3]、图2^[3]、图3^[3]对应的是支架底座分别在三种工况下的Von mises stress应力分布，通过给学生解读图中各种数据信息的含义，引导学生从中找出危险应力点及对应点的应力值，进而推论零件的强度等性能是否满足要求的分析。