基于ANSYS软件在材料力学实验课程中的应用
学习起来难于理解，而ANSYS软件模拟分析能力很强，能够使相关知识变得更直观、形象，因此，可以实现两者的有效融合。文中运用ANSYS重点分析了拉伸实验中拉伸应力、应变及弯曲实验中梁的弯曲应力应变情况，展示了ANSYS与材料力学相关实验相结合的可操作性。
关键词：ANSYS 材料力学 拉伸 弯曲
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（b）-0135-02
Based on the Application of ANSYS in Material Mechanics Experiment
Su Jingwen
（Chuzhou University， Institute of Mechanical and Automotive Engineering， Chuzhou Anhui， 23900， China）
Abstract：The concept of Material Mechanics is more and abstract， which is hard to understand. However， the ability of ANSYS simulation analysis is very strong， which can make the knowledge more intuitive and visual， therefore， the effective integration can be realized. In this paper， the stress and strain of stretch and bending are analyzed in tensile and bending experiments， showing the operability of the ANSYS combined with the material mechanics experiment.
Key Words：ANSYS； Material mechanics； Stretch； Bending
1 材料力學课程实验特点
材料力学[1]对于机械专业而言是一门必修课，目前，“材料力学”课程中一些重要的内容，如拉压、扭转和弯曲变形，除课堂上多媒体教学外，通常依靠现有的实验条件进行验证性实验教学，而有时存在实验条件不具备的情况，这样就无法对相关知识进行实验验证，此时如果在实验教学中采用直观的图形显示，也可以将抽象的概念形象化，同时增强学生对结构的感性认识，培养较强的结构分析能力，因此，可以尝试引入ANSYS软件进行简单的建模计算，并将计算结果形象地展示给学生。
2 ANSYS软件应用特点
ANSYS软件[2]中分析计算模块包括结构分析，可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析，能形象、直观地显示结构的变形、位移及应力分布情况，同时还能以动画的形式展示结构从最初加载到最终变形的整个过程。
3 ANSYS在材料力学实验中应用实例
（1）拉伸实验。材料力学中的低碳钢拉伸试验[3]通常在实际中通过拉力机拉伸，宏观上可以观察到试样缩颈现象，在此，可采用ANSYS模拟，选用拉伸试样弹性模量为0.175e6，泊松比为0.3，密度为7.85 kg/m2。图1为材料拉伸变形的整体过程，其中a图为变形初始，b图为变形后期。
通过加载求解后，得出试样拉伸变形应力变化和应变变化如图2和图3所示。
（2）弯曲实验。材料力学中的弯曲实验[4]通常采用简支梁、悬臂梁等结构进行实验分析，该文采用简支梁进行分析，给梁沿长度方向施加均匀载荷10 kN，梁的横截面积1.5 mm2，转动惯量IZZ=0.28125，IYY=0.125。力的加载如图4所示。
通过ANSYS模拟，绘制出的剪力图、弯矩图分别如图5、图6所示，这样得出的结论和实际计算结果相一致。
4 结语
通过ANSYS对拉伸实验和弯曲实验的模拟，将其与材料力学课程教学有机结合起来，既发挥了计算机的数值计算功能，又与直观的图形显示功能相结合，使得学生更易于理解和掌握所授课程的抽象力学概念，培养了学生的兴趣，提升了学生的形象思维能力，拓宽了学生的视野，提高了教学质量和效率，同时也培养了学生的计算机应用能力，有助于学生运用软件进行实际工程实例分析，在一定程度上可以使学生理论联系实际，为以后的工作打下坚实的基础。
参考文献
[1]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2004.
[2]王呼佳，陈洪军.ANSYS工程分析进阶实例[M].北京：中国水利水电出版社，2006.
[3]赵坤民，范蓉，王立民，等.逆法识别金属板材颈缩阶段应力应变曲线[J].塑性工程学报，2015，22（6）：161-169.
[4]李秀莲.叠梁的应力分析[J].青海大学学报：自然科学版，2002，22（4）：28-30.