【摘 要】ANSYS在機械和建筑方面的應(yīng)用，尤其是在力學(xué)分析中的應(yīng)用，最后得出結(jié)論ANSYS軟件的推廣應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】ANSYS軟件；力學(xué)分析
0.引言
目前，高職院校的教學(xué)具有很強的職業(yè)針對性，培養(yǎng)目標(biāo)是高素質(zhì)技術(shù)技能型專門人才。因此，機械、數(shù)控、鐵路、建筑等大多數(shù)工科專業(yè)都開設(shè)工程力學(xué)這門課程。工程力學(xué)作為一門介于基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間的技術(shù)基礎(chǔ)課程，既有較強的理論性，又與工程和生產(chǎn)實踐聯(lián)系密切，在工程意識培養(yǎng)方面有著不可替代的特殊地位。特別是對機械類專業(yè)來講，是基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間的橋梁，在工程設(shè)計中也具有很強的直接應(yīng)用性。因此工程力學(xué)的實踐性教學(xué)改革，與必要的工程軟件結(jié)合，對整個工程類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)有著直接的影響。
ANSYS軟件是美國ANSYS公司開發(fā)的大型通用有限元軟件。該軟件是FEM（Finite Element Method）分析中迄今為止惟一通過ISO9001質(zhì)量認證的計算機輔助工程（CAE）設(shè)計分析軟件。開發(fā)初期，主要應(yīng)用于電力行業(yè)，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、汽車，土木工程、水利等各個領(lǐng)域，能夠滿足各行業(yè)進行有限元分析的需要。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer， NASTRAN， Alogor， I-DEAS， AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAE工具之一。
工程力學(xué)包括理論力學(xué)、材料力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)三大部分。高職高專學(xué)生的基礎(chǔ)相對比較薄，部分學(xué)生僅憑在高中所學(xué)的物理基本知識，到了職業(yè)院校以后，學(xué)起來很吃力。而且他們空間想象能力不是很強，再加上很多學(xué)生對工程力學(xué)這門邏輯性和前后連貫性非常強的課程缺乏興趣。這些情況都給工程力學(xué)的教學(xué)工作提出了很大的挑戰(zhàn)。特別是結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象主要是靜定和超靜定桿系結(jié)構(gòu)，例如多跨連續(xù)梁、桁架、剛架、三鉸拱等結(jié)構(gòu)。利用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的力法、位移法或力矩分配法求解超靜定結(jié)構(gòu)，求解過程麻煩，尤其是多次超靜定，需要求解方程組，計算十分復(fù)雜。因此將ANSYS軟件引入課堂強化實踐性教學(xué)則解決了求解的難題，它不僅具有強大的前處理功能，而且其后處理的顯示功能可以清楚地給出結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)力圖，使結(jié)構(gòu)力學(xué)的求解問題不僅簡單，而且直觀。
在有限元分析過程中，主要是應(yīng)用三個基本模塊：前處理模塊、分析計算求解模塊和后處理模塊。預(yù)處理模塊提供一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可方便地構(gòu)造有限元模型，實現(xiàn)參數(shù)定義、實體建模和網(wǎng)格劃分三種功能。在分析計算求解模塊中，是通過定義分析的類型、分析的選項、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項等，來對模型進行有限元的求解。對于后處理模塊則主要是用來查看分析結(jié)果，從而得到位移、應(yīng)力、應(yīng)變等的圖形和數(shù)字顯示。
1.ANSYS軟件在懸臂梁變形計算中的應(yīng)用
在工程中計算梁的位移是一個重要問題，設(shè)計梁不僅要求有足夠的強度，而且要有足夠的剛度，即要求梁在載荷作用下的位移，不超過容許的值。另外，對于某些梁，如車輛下的疊板彈簧，要求有較大的彈性位移，以便更好地起緩沖、減振作用，也都要進行位移計算。
積分法是求梁位移的基本方法，它能求得撓度和轉(zhuǎn)角的普遍方程，這是它的優(yōu)點；但是當(dāng)梁上載荷復(fù)雜時，計算冗繁。而工程中往往只需求某些特定截面的撓度和轉(zhuǎn)角，這就促使人們尋求新的計算方法。
以懸臂梁為例，利用ANSYS軟件可以通過計算機來求解懸臂梁的變形，求解步驟為：定義材料、實常數(shù)和單元類型：根據(jù)具體的有限元分析問題，選用合適的材料本構(gòu)關(guān)系和相應(yīng)的單元類型，并確定單元的實常數(shù)；建立幾何模型：根據(jù)具體問題進行有限元模型簡化，并畫出幾何模型；劃分網(wǎng)格：對幾何模型進行單元網(wǎng)格劃分，即離散幾何模型；加載（位移和力）：在單元網(wǎng)格上加上力邊界條件和位移邊界條件；求解：進行有限元求解；查看結(jié)果：查看分析結(jié)果，包括單元和單元節(jié)點上的位移、應(yīng)力和力等。
2.ANSYS軟件在桁架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
桁架結(jié)構(gòu)是工程中大跨度結(jié)構(gòu)常用的一種形式。桁架結(jié)構(gòu)是由桿件相互鉸接組成的體系，當(dāng)荷載只作用在結(jié)點上時，桁架結(jié)構(gòu)中的每一根桿件都是二力桿，各桿的內(nèi)力主要是軸力，可能是拉力也可能是壓力，在理論力學(xué)或者材料力學(xué)中求解桁架的手工計算的方法主要是采用：結(jié)點法、截面法及聯(lián)合應(yīng)用。
利用ANSYS軟件可以通過計算機來求解各種桁架結(jié)構(gòu)，求解步驟為：設(shè)立某個具體問題的文件名；選擇單元類型（桁架結(jié)構(gòu)為桿單元）；設(shè)置材料屬性；設(shè)置截面形式；定義實常數(shù)；建立模型；施加約束；施加荷載；運行計算；后處理顯示結(jié)果�？梢则炞C，采用ANSYS軟件計算求解出的桁架結(jié)構(gòu)受力變形后的各桿的軸力與手工計算的理論值完全吻合。
3.ANSYS軟件在鋼網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)受力分析
采用ANSYS有限元分析軟件分析網(wǎng)架屋頂結(jié)構(gòu)的受力，包括屋蓋的布置、上下弦桿、斜桿和豎桿的截面尺寸與材料的選用以及節(jié)點的連接構(gòu)造等；然后對鋼網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)進行了建模與網(wǎng)格劃分介紹；接著進行了加載與求解介紹；最后進行了計算結(jié)果分析，包括分析結(jié)果統(tǒng)計以及從變形和內(nèi)力兩個方面進行比較分析等。
4.ANSYS軟件的推廣應(yīng)用
各類結(jié)構(gòu)在工程結(jié)構(gòu)施做和使用過程中的力學(xué)行為的有限元分析過程是十分復(fù)雜的。ANSYS強大的求解功能使得其十分便于應(yīng)用在各種復(fù)雜的大壩工程、隧道及地下工程、橋梁結(jié)構(gòu)工程、房屋建筑工程、邊坡工程以及基礎(chǔ)工程中的力學(xué)分析中，將有限元結(jié)果與教材上的理論結(jié)果進行對照，這種新的教學(xué)方法可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生對專業(yè)知識的理解和掌握，同時還可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。在機械設(shè)計課程教學(xué)中具有很強的實用價值。
5.結(jié)束語
工程力學(xué)應(yīng)根據(jù)不同專業(yè)的崗位需求，徹底改變原有課程內(nèi)容體系，以解決實際工程力學(xué)問題為主線組織課程內(nèi)容。根據(jù)專業(yè)、學(xué)習(xí)形式不同對內(nèi)容作大幅度取舍，組織有豐富工程經(jīng)驗并擔(dān)任過多年教學(xué)工作的教師編寫適于該學(xué)科的校本教材，在內(nèi)容編排上，注意引入聯(lián)系工程實際且有代表性的例題、習(xí)題和思考題，與ANSYS有限元分析軟件有機結(jié)合。
參考文獻：
[1]李黎明.ANSYS有限元分析實用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.
[2]李權(quán).ANSYS在土木工程中的應(yīng)用.人民郵電出版社.2005.
[3]劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社.
[4]濮良貴，等.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2001.
