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【摘 要】ANSYS在机械和建筑方面的应用，尤其是在力学分析中的应用，最后得出结论ANSYS软件的推广应用价值。
【关键词】ANSYS软件；力学分析
0.引言
目前，高职院校的教学具有很强的职业针对性，培养目标是高素质技术技能型专门人才。因此，机械、数控、铁路、建筑等大多数工科专业都开设工程力学这门课程。工程力学作为一门介于基础课和专业课之间的技术基础课程，既有较强的理论性，又与工程和生产实践联系密切，在工程意识培养方面有着不可替代的特殊地位。特别是对机械类专业来讲，是基础课和专业课之间的桥梁，在工程设计中也具有很强的直接应用性。因此工程力学的实践性教学改革，与必要的工程软件结合，对整个工程类专业学生的培养有着直接的影响。
ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的大型通用有限元软件。该软件是FEM（Finite Element Method）分析中迄今为止惟一通过ISO9001质量认证的计算机辅助工程（CAE）设计分析软件。开发初期，主要应用于电力行业，现在已广泛应用于航空、航天、电子、汽车，土木工程、水利等各个领域，能够满足各行业进行有限元分析的需要。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer， NASTRAN， Alogor， I-DEAS， AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAE工具之一。
工程力学包括理论力学、材料力学结构力学三大部分。高职高专学生的基础相对比较薄，部分学生仅凭在高中所学的物理基本知识，到了职业院校以后，学起来很吃力。而且他们空间想象能力不是很强，再加上很多学生对工程力学这门逻辑性和前后连贯性非常强的课程缺乏兴趣。这些情况都给工程力学的教学工作提出了很大的挑战。特别是结构力学的研究对象主要是静定和超静定杆系结构，例如多跨连续梁、桁架、刚架、三铰拱等结构。利用结构力学中的力法、位移法或力矩分配法求解超静定结构，求解过程麻烦，尤其是多次超静定，需要求解方程组，计算十分复杂。因此将ANSYS软件引入课堂强化实践性教学则解决了求解的难题，它不仅具有强大的前处理功能，而且其后处理的显示功能可以清楚地给出结构的位移、内力图，使结构力学的求解问题不仅简单，而且直观。
在有限元分析过程中，主要是应用三个基本模块：前处理模块、分析计算求解模块和后处理模块。预处理模块提供一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可方便地构造有限元模型，实现参数定义、实体建模和网格划分三种功能。在分析计算求解模块中，是通过定义分析的类型、分析的选项、载荷数据和载荷步选项等，来对模型进行有限元的求解。对于后处理模块则主要是用来查看分析结果，从而得到位移、应力、应变等的图形和数字显示。
1.ANSYS软件在悬臂梁变形计算中的应用
在工程中计算梁的位移是一个重要问题，设计梁不仅要求有足够的强度，而且要有足够的刚度，即要求梁在载荷作用下的位移，不超过容许的值。另外，对于某些梁，如车辆下的叠板弹簧，要求有较大的弹性位移，以便更好地起缓冲、减振作用，也都要进行位移计算。
积分法是求梁位移的基本方法，它能求得挠度和转角的普遍方程，这是它的优点；但是当梁上载荷复杂时，计算冗繁。而工程中往往只需求某些特定截面的挠度和转角，这就促使人们寻求新的计算方法。
以悬臂梁为例，利用ANSYS软件可以通过计算机来求解悬臂梁的变形，求解步骤为：定义材料、实常数和单元类型：根据具体的有限元分析问题，选用合适的材料本构关系和相应的单元类型，并确定单元的实常数；建立几何模型：根据具体问题進行有限元模型简化，并画出几何模型；划分网格：对几何模型进行单元网格划分，即离散几何模型；加载（位移和力）：在单元网格上加上力边界条件和位移边界条件；求解：进行有限元求解；查看结果：查看分析结果，包括单元和单元节点上的位移、应力和力等。
2.ANSYS软件在桁架结构中的应用
桁架结构是工程中大跨度结构常用的一种形式。桁架结构是由杆件相互铰接组成的体系，当荷载只作用在结点上时，桁架结构中的每一根杆件都是二力杆，各杆的内力主要是轴力，可能是拉力也可能是压力，在理论力学或者材料力学中求解桁架的手工计算的方法主要是采用：结点法、截面法及联合应用。
利用ANSYS软件可以通过计算机来求解各种桁架结构，求解步骤为：设立某个具体问题的文件名；选择单元类型（桁架结构为杆单元）；设置材料属性；设置截面形式；定义实常数；建立模型；施加约束；施加荷载；运行计算；后处理显示结果。可以验证，采用ANSYS软件计算求解出的桁架结构受力变形后的各杆的轴力与手工计算的理论值完全吻合。
3.ANSYS软件在钢网架屋盖结构受力分析
采用ANSYS有限元分析软件分析网架屋顶结构的受力，包括屋盖的布置、上下弦杆、斜杆和竖杆的截面尺寸与材料的选用以及节点的连接构造等；然后对钢网架屋盖结构进行了建模与网格划分介绍；接着进行了加载与求解介绍；最后进行了计算结果分析，包括分析结果统计以及从变形和内力两个方面进行比较分析等。
4.ANSYS软件的推广应用
各类结构在工程结构施做和使用过程中的力学行为的有限元分析过程是十分复杂的。ANSYS强大的求解功能使得其十分便于应用在各种复杂的大坝工程、隧道及地下工程、桥梁结构工程、房屋建筑工程、边坡工程以及基础工程中的力学分析中，将有限元结果与教材上的理论结果进行对照，这种新的教学方法可以大大提高学生的学习兴趣，增强学生对专业知识的理解和掌握，同时还可以培养学生的动手能力。在机械设计课程教学中具有很强的实用价值。
5.结束语
工程力学应根据不同专业的岗位需求，彻底改变原有课程内容体系，以解决实际工程力学问题为主线组织课程内容。根据专业、学习形式不同对内容作大幅度取舍，组织有丰富工程经验并担任过多年教学工作的教师编写适于该学科的校本教材，在内容编排上，注意引入联系工程实际且有代表性的例题、习题和思考题，与ANSYS有限元分析软件有机结合。
参考文献：
[1]李黎明.ANSYS有限元分析实用教程[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]李权.ANSYS在土木工程中的应用.人民邮电出版社.2005.
[3]刘鸿文.材料力学.高等教育出版社.
[4]濮良贵，等.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.
【关键词】ANSYS软件；力学分析
0.引言
目前，高职院校的教学具有很强的职业针对性，培养目标是高素质技术技能型专门人才。因此，机械、数控、铁路、建筑等大多数工科专业都开设工程力学这门课程。工程力学作为一门介于基础课和专业课之间的技术基础课程，既有较强的理论性，又与工程和生产实践联系密切，在工程意识培养方面有着不可替代的特殊地位。特别是对机械类专业来讲，是基础课和专业课之间的桥梁，在工程设计中也具有很强的直接应用性。因此工程力学的实践性教学改革，与必要的工程软件结合，对整个工程类专业学生的培养有着直接的影响。
ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的大型通用有限元软件。该软件是FEM（Finite Element Method）分析中迄今为止惟一通过ISO9001质量认证的计算机辅助工程（CAE）设计分析软件。开发初期，主要应用于电力行业，现在已广泛应用于航空、航天、电子、汽车，土木工程、水利等各个领域，能够满足各行业进行有限元分析的需要。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer， NASTRAN， Alogor， I-DEAS， AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAE工具之一。
工程力学包括理论力学、材料力学结构力学三大部分。高职高专学生的基础相对比较薄，部分学生仅凭在高中所学的物理基本知识，到了职业院校以后，学起来很吃力。而且他们空间想象能力不是很强，再加上很多学生对工程力学这门逻辑性和前后连贯性非常强的课程缺乏兴趣。这些情况都给工程力学的教学工作提出了很大的挑战。特别是结构力学的研究对象主要是静定和超静定杆系结构，例如多跨连续梁、桁架、刚架、三铰拱等结构。利用结构力学中的力法、位移法或力矩分配法求解超静定结构，求解过程麻烦，尤其是多次超静定，需要求解方程组，计算十分复杂。因此将ANSYS软件引入课堂强化实践性教学则解决了求解的难题，它不仅具有强大的前处理功能，而且其后处理的显示功能可以清楚地给出结构的位移、内力图，使结构力学的求解问题不仅简单，而且直观。
在有限元分析过程中，主要是应用三个基本模块：前处理模块、分析计算求解模块和后处理模块。预处理模块提供一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可方便地构造有限元模型，实现参数定义、实体建模和网格划分三种功能。在分析计算求解模块中，是通过定义分析的类型、分析的选项、载荷数据和载荷步选项等，来对模型进行有限元的求解。对于后处理模块则主要是用来查看分析结果，从而得到位移、应力、应变等的图形和数字显示。
1.ANSYS软件在悬臂梁变形计算中的应用
在工程中计算梁的位移是一个重要问题，设计梁不仅要求有足够的强度，而且要有足够的刚度，即要求梁在载荷作用下的位移，不超过容许的值。另外，对于某些梁，如车辆下的叠板弹簧，要求有较大的弹性位移，以便更好地起缓冲、减振作用，也都要进行位移计算。
积分法是求梁位移的基本方法，它能求得挠度和转角的普遍方程，这是它的优点；但是当梁上载荷复杂时，计算冗繁。而工程中往往只需求某些特定截面的挠度和转角，这就促使人们寻求新的计算方法。
以悬臂梁为例，利用ANSYS软件可以通过计算机来求解悬臂梁的变形，求解步骤为：定义材料、实常数和单元类型：根据具体的有限元分析问题，选用合适的材料本构关系和相应的单元类型，并确定单元的实常数；建立几何模型：根据具体问题進行有限元模型简化，并画出几何模型；划分网格：对几何模型进行单元网格划分，即离散几何模型；加载（位移和力）：在单元网格上加上力边界条件和位移边界条件；求解：进行有限元求解；查看结果：查看分析结果，包括单元和单元节点上的位移、应力和力等。
2.ANSYS软件在桁架结构中的应用
桁架结构是工程中大跨度结构常用的一种形式。桁架结构是由杆件相互铰接组成的体系，当荷载只作用在结点上时，桁架结构中的每一根杆件都是二力杆，各杆的内力主要是轴力，可能是拉力也可能是压力，在理论力学或者材料力学中求解桁架的手工计算的方法主要是采用：结点法、截面法及联合应用。
利用ANSYS软件可以通过计算机来求解各种桁架结构，求解步骤为：设立某个具体问题的文件名；选择单元类型（桁架结构为杆单元）；设置材料属性；设置截面形式；定义实常数；建立模型；施加约束；施加荷载；运行计算；后处理显示结果。可以验证，采用ANSYS软件计算求解出的桁架结构受力变形后的各杆的轴力与手工计算的理论值完全吻合。
3.ANSYS软件在钢网架屋盖结构受力分析
采用ANSYS有限元分析软件分析网架屋顶结构的受力，包括屋盖的布置、上下弦杆、斜杆和竖杆的截面尺寸与材料的选用以及节点的连接构造等；然后对钢网架屋盖结构进行了建模与网格划分介绍；接着进行了加载与求解介绍；最后进行了计算结果分析，包括分析结果统计以及从变形和内力两个方面进行比较分析等。
4.ANSYS软件的推广应用
各类结构在工程结构施做和使用过程中的力学行为的有限元分析过程是十分复杂的。ANSYS强大的求解功能使得其十分便于应用在各种复杂的大坝工程、隧道及地下工程、桥梁结构工程、房屋建筑工程、边坡工程以及基础工程中的力学分析中，将有限元结果与教材上的理论结果进行对照，这种新的教学方法可以大大提高学生的学习兴趣，增强学生对专业知识的理解和掌握，同时还可以培养学生的动手能力。在机械设计课程教学中具有很强的实用价值。
5.结束语
工程力学应根据不同专业的岗位需求，彻底改变原有课程内容体系，以解决实际工程力学问题为主线组织课程内容。根据专业、学习形式不同对内容作大幅度取舍，组织有丰富工程经验并担任过多年教学工作的教师编写适于该学科的校本教材，在内容编排上，注意引入联系工程实际且有代表性的例题、习题和思考题，与ANSYS有限元分析软件有机结合。
参考文献：
[1]李黎明.ANSYS有限元分析实用教程[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]李权.ANSYS在土木工程中的应用.人民邮电出版社.2005.
[3]刘鸿文.材料力学.高等教育出版社.
[4]濮良贵，等.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.