基于ANSYS辅助结构试验实验教学研究论文

　　【摘 要】本文提出利用大型有限元分析软件 ANSYS进行辅助《结构试验》教学的两种实施方案，阐述了ANSYS进行辅助《结构试验》教学的优点。为《结构试验》的教学探索了一种新方法，对《结构试验》教学进行有益的尝试。
　　【关键词】ANSYS 实验教学 结构试验
　　一、引言
　　目前国内大多院校的土木工程专业课程《结构试验》教学实验这一环节存在着学生人数多、课时少、实验类型单一和试验室条件有限的问题。因此我们采用ANSYS数值模拟试验这一教学方法来辅助实验教学。
　　二、ANSYS数值模拟试验的优势
　　（一）培养学生兴趣和开拓学生思维
　　ANSYS的直观形象的图形显示可将抽象的数据转化为形象生动的图形增强了学生对结构的感性认识，培养较强的结构分析能力。ANSYS中后处理模块能形象、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的加载到最终的变形的整个过程。学生对有限元技术产生浓厚的学习兴趣，并且学生通过数值教学试验的练习，也可以对有关知识所存在的疑点、难点进行验证，从而可以极好地促进知识的掌握和巩固。
　　（二）增加教学试验数量、试验类型
　　《结构试验》中很多试验是单一的，没有变化的。比如进行桁架内力试验，现有的桁架只有一种形式，并且节点也不能完全认为是铰接。因此在试验中缺少变化。利用ANSYS我们可以进行多种桁架形式进行试验，并且任意加载，这是现实试验中无法比拟的`。再比如对于钢筋混凝土梁有多种破坏形态。限于时间经费等原因，我们只是进行一种或两种的试验，不能全面的进行试验。限制了学生对各种破坏形态的认识。利用ANSYS我们可以进行多种破坏形式进行试验。因此，通过ANSYS辅助试验，可以有效的增加试验数量，丰富试验类型。
　　（三）校核试验结果，培养学生的分析和应用能力
　　通过ANSYS辅助试验可以进行真实试验的校核。通过仿真试验与真实试验的校核分析，能使学生提高分析问题的能力。譬如，桁架试验中得到的杆的应力与仿真计算的不同，同学们通过实际观察，在老师的指导下找出原因，分析出结果的差异。
　　三、实验辅助教学实施方法
　　（一）制作多媒体动画教学
　　很多高校已经将ANSYS作为本科或研究生的必修课程。土木工程专业教师队伍均具有较高ANSYS使用能力。目前各高校的土木工程专业大部分课程均采用现代多媒体教学技术，以上各条件为数值模拟试验的实施提供了很好的条件和保证。通过ANSYS制作的多媒体动画进行结构试验的仿真辅助教学。这种方法非常简单可行，利用学校现有的资源即可以实施。
　　（二）开发仿真结构试验系统教学
　　制作多媒体动画教学简单易行，但是学生不能亲身操作实际软件。通过开发仿真结构试验系统进行教学，可以弥补上述不足。通过计算机高级编程语言与ANSYS相结合，编制出仿真结构试验软件。试验软件根据实际的试验目的、实验原理、实验设备、试验步骤、思考练习模块进行试验。通过按下实验按键进行试验。通过真正的仿真计算达到真实试验的目的。试验过程中，同学们可以选取择自己的试验计算模型、加载方式以及数据处理方法。使得同学之间实验内容、方式不尽相同，增强了学生学习兴趣和热情，有利与学生的自我学习能力的提高。
　　这种实施方法在开发仿真结构试验系统过程中可能要投入大量的时间和精力。因此，在仿真软件的开发过程中，必须考虑实验本身的多样性问题、数据处理的复杂性及关联性。在研究了其它课程实验软件的开发方法及相关开发工具之后，根据结构试验自身的特点，充分利用大型通用有限元分析软件ANSYS的强大三维建模、分析计算,特别是强大的后处理功能来实现结构仿真实验，探索出一条适合结构试验仿真实验软件的开发方案。
　　四、小结
　　利用ANSYS强大的数值计算和直观的图形显示功能，将其与《结构试验》材课程教学有机结合起来，使得学生更易于理解和掌握该课程，培养了学生的兴趣，在少学时的情况下提高了教学质量和效率。并在一定程度上可以使学生理论联系实际，增强工程设计和计算的意识概念，同时培养了学生的计算机应用能力，为以后的工作打下了坚实的基础。
　　参考文献：
　　[1]杨勇，郭子雄.数值模拟试验在土木工程专业课程教学中的应用[J].高等建筑教育，2005，14（3）：65-67.
　　[2]赵连华.基于VB和 ANSYS的《材料力学仿真实验》系统[J].长沙航空职业技术学院学报，2007，7（1）：23-25.
　　[3]叶勇.谈ANSYS与《材料力学》课程教学的有机结合[J].科技情报开发与经济，2005，15（20）：216-218.
　　[4]杨世浩，郑明燕.土木工程数值模拟及应用教学的改革与实践 [J].中国水运，2006，6（8）：66-67.