基于有限元仿真分析结构力学直观性教学
与有限元仿真相结合的材料力学课程改革
与有限元仿真相结合的材料力学课程改革
随着科技的不断发展和应用，有限元仿真技术已经成为材料力学领域中不可或缺的重
要工具。
然而，在过去常规的教学内容中，很少涉及到有限元仿真技术的应用。
因此，为
了培养学生的实际动手能力及独立思考能力，在材料力学领域中应引入有限元仿真技术，
并相应地改革课程内容，使之更加贴近实际应用需求。
首先，课程应当在理论知识的基础上，增加实际应用的案例分析。
如在静力学中，课
程可通过讲解梁架、板壳等典型结构的应力和位移分析，并针对不同形状的构件提供实际
操作的案例，让学生在实践中更好地理解知识点。
其次，课程应当引入有限元分析软件，帮助学生在模拟实验中进行模型的分析、建模、计算及结果分析，并针对实验过程中遇到的问题，引导学生进行独立思考、提升其解决问
题的能力。
最后，需要在课程中注重学生的实际操作能力，提高其材料力学教学的针对性和可操
作性，使学生不仅能够理解和掌握这门课程的基础知识，同时也能够培养其运用知识分析
实际问题的能力。
总之，有限元仿真技术的引入和应用是材料力学课程的重要改革之一，能够有效地提
高学生的实践能力和解决问题的能力，是推进材料力学课程教学质量的重要举措。
与有限元仿真相结合的材料力学课程改革
与有限元仿真相结合的材料力学课程改革材料力学是工程学、材料科学和机械设计中的重要学科，它研究材料在外力作用下的力学性能和变形行为。
有限元分析是一种现代工程分析方法，通过将连续物体分割成离散的小单元，利用数值方法求解每个小单元的力学行为，从而得到整个物体的力学性能。
本文将探讨将有限元仿真与材料力学课程相结合的课程改革。
将有限元仿真引入材料力学课程将使学生能够更好地理解材料的力学行为。
传统的材料力学课程通常仅涉及理论推导和计算方法，学生往往只是被动地接受理论知识，缺乏对复杂力学问题的直观理解。
而有限元仿真可以利用计算机来模拟各种力学问题，并通过三维可视化展示材料的变形行为，让学生能够直观地观察和理解材料的力学行为。
有限元仿真可以帮助学生培养实践能力和解决实际问题的能力。
在传统的材料力学课程中，学生往往只是通过计算得到一些理论结果，很难将所学的知识应用到实际工程问题中。
而有限元仿真可以模拟各种实际工程问题，如材料的变形、破坏和疲劳等，让学生能够在虚拟环境中进行实践操作，并通过仿真结果来解决实际问题。
这样一来，学生能够更好地理解材料力学知识的应用，并培养解决实际工程问题的能力。
有限元仿真还可以提高学生的创新意识和团队合作能力。
在进行有限元分析时，学生需要自主选择合适的网格划分、材料模型和加载条件等，并且需要通过反复试验和优化来得到满意的仿真结果。
这种过程既需要学生具备创新思维和解决问题的能力，又需要学生能够与团队成员合作，共同完成仿真分析。
通过这样的团队合作实践，学生可以提高自己的创新能力和团队协作精神。
将有限元仿真与材料力学课程相结合的课程改革对于提高学生的学习效果和实践能力具有重要意义。
这不仅可以使学生更好地理解材料的力学行为，培养实践能力和解决实际问题的能力，而且可以提高学生的创新意识和团队合作能力，促进材料力学课程与工程实践的结合。
我们应该积极推动将有限元仿真引入材料力学课程，并不断完善相关的教学方法和教学资源，以提高材料力学课程的质量和效果。
有限元分析在结构力学中的应用研究
有限元分析在结构力学中的应用研究结构力学是研究各种结构在外力作用下的受力、受力变形及其破坏与稳定问题的一门学科。
有限元分析是结构力学中一种重要的数值计算方法，通过将实际结构离散为有限个简单的单元，利用单元间的相互作用力关系来计算整个结构的力学响应。
在结构力学中，有限元分析广泛应用于结构设计、优化和疲劳分析等方面。
首先，有限元分析在结构设计中的应用十分重要。
结构设计的目标是在给定的约束条件下，选择合适的结构参数，使结构具有良好的性能。
通过有限元分析可以对设计的结构进行受力分析，预测结构的应力分布、变形情况等。
同时，在设计过程中，可以通过修改结构参数和布局，通过有限元分析获取不同设计方案对结构性能的影响，并进行对比评估，以优化结构设计。
其次，有限元分析在结构优化中的应用也是非常重要的。
结构优化旨在通过调整结构参数和材料选择等手段，以满足结构设计需求并达到最佳性能。
有限元分析可以利用数值计算的方式，对不同的优化方案进行评估和分析。
通过比较不同方案的结构响应、受力性能等指标，可以确定最佳的设计方案。
另外，有限元分析在疲劳分析中的应用也十分重要。
疲劳是物体在周期性变动荷载下产生的逐渐积累的损伤过程。
在实际工程中，很多结构都需要承受反复加载和卸载的荷载，因此对结构的疲劳性能进行评估至关重要。
有限元分析可以模拟实际工况下的载荷作用，通过计算结构的应力与应变分布，进而对结构的疲劳寿命进行预估和分析。
总之，有限元分析在结构力学中的应用研究是非常广泛和深入的。
它为结构的设计、优化和疲劳分析等提供了一种高效、准确的数值计算方法。
通过有限元分析，可以更好地理解和把握结构力学问题，为实际工程提供科学可靠的解决方案。
在未来，随着计算机技术的不断发展和算法的优化，有限元分析在结构力学中的应用前景将更加广阔。
（备注：以上内容仅供参考，具体写作请根据实际需求进行调整。
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基于有限元分析的土木工程结构力学性能研究
基于有限元分析的土木工程结构力学性能研究摘要：随着社会和经济的迅猛提升，为土木工程提供良好发展的机遇，工程项目逐渐向现代化发展方向推进，土木工程结构也日渐复杂化，这是人类生产生活的物质需求，更是人类的精神追求。
随着我国超高建筑、巨型桥梁以及防洪大坝等大型、复杂的工程数量不断增多，为土木工程结构提出更高的要求，需要加大可靠性的深入研究。
有限元分析技术的出现为解决上述问题提供了一种可靠的方法。
近年来，随着计算技术的发展、分析精度和可靠性的提高，以及良好的可视化性能，有限元分析方法在土木工程领域得到了广泛采用。
目前，常用的有限元分析软件主要有ABAQUS、ANSYS、MIDAS 等。
关键词：有限元；土木工程；结构力学；引言土木工程是为人类生产生活提供服务的各种工程设施，随着社会的不断进步和经济的飞速发展，土木工程项目越来越现代化、复杂化，超高层建筑、巨型桥梁、防洪大坝等工程层出不穷，在满足人们物质和精神需求的同时，也对工程结构可靠性提出了更高要求。
1土木工程结构可靠性研究具有重要的意义1.1土木工程结构可靠性的含义分析土木工程结构可靠性是指在规定的实践和条件下，工程结构所具备的安全性、实用性和耐久性。
我国地质与气候情况差异较大，为工程结构设计带来较高的要求，安全性是能够承受在施工和使用期间可能出现的各种作用，并在偶然事件发生时以及发生后结构整体的稳定性；适用性是在正常使用期间内能够发挥良好的工作性能；耐久性为工程结构具有足够的耐久性能，结构在规定时间下完成这三者能力被称为结构的可靠性。
1.2土木工程结构可靠性研究具有现实需求及未来发展的重要意义近年来我国土木工程事故发生较多，例如大型桥梁的折断、建筑房屋的骤然倒塌，为人民的生命财产安全带来重大影响，加大对土木工程结构可靠性的研究，促进土木结构设计水平的不断提升，优化工程企业内部管理，夯实工程施工管理，为实现工程建设提供可靠的保障。
土木工程结构的可靠性是关系着广大人民生命财产安全的关键，是依法建设工程的重要基础，促进工程质量的有力提升，土木工程整体未来可持续发展具有重要意义。
有限元软件在船舶结构力学课程教学中的应用
第6卷第5期Vol.6,No.5有限元软件在船舶结构力学课程教学中的应用摘要：船舶结构力学课程教学涉及大量的公式推导、结构分析与计算等内容，学生理解起来较困难。
将有限元软件引入课堂教学，可以将抽象的应力、应变等概念具体化，将结构的变形及应力分布情况生动、直观地呈现在学生面前，既有利于学生的接受，又能够为学生学习ANSYS 一类的有限元软件奠定基础。
关键词：船舶结构力学；有限元；数值模拟中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：2095-5928（2018）05-18-03（青岛黄海学院，山东青岛266427）李丹，吕婧Application of Finite Element Software in the Teaching of Ship Structural Mechanics船舶结构力学是船舶与海洋工程专业的核心课程，同时也是建筑类、机械类专业的基础程内容主要包括单跨梁、板及壳体结构的变形特及应力分布情况。
在船中会涉及大量的公式推导、结构分析等内容，仅通过板书和课件演示无法准确直观地描述结构在载荷作用下的变形情况。
而如果采用实验的方式进行教学也存在困难，一方面力学实验室所需的设备价格昂贵，而且每次实验件的消耗也较大；另一方面由于课时数量的限制，每次分析结构时都采用实验方式进LI Dan,LV Jing(Qingdao Huanghai University,Qingdao 266427,China)Abstract:The course of the ship structural mechanics involves a lot of formula derivation,structural analysisand calculation,etc.,which is difficult for students to understand.By introducing finite element software intoclassroom teaching,the concepts of abstract stress and strain can be concretized,and the deformation and stress distribution of the structure can be presented vividly and intuitively in front of the students,which is conductive to students'acceptance and also can lay the foundation for students to learn the finite element software of ANSYS.Key words:ship structural mechanics;finite element;numerical simulation院科校级人文社会科学研究（教学研究）项目（2017dxkj05）—），女，吉林长春人，讲师，硕士，研究方向：船舶与海洋结构物设计与制造。
与有限元仿真相结合的材料力学课程改革
与有限元仿真相结合的材料力学课程改革我们应该在教学内容中增加有关有限元仿真的知识和技能。
学生在学习材料力学的基本原理后，应该通过教授有限元方法的基本概念、流程和计算步骤，引导学生了解有限元仿真的原理和应用。
可以利用国内外优秀的有限元仿真软件，如ANSYS和ABAQUS等，进行实例分析和实践操作，让学生亲自动手进行有限元仿真计算，提高他们的实践能力。
我们应该将有限元仿真作为解决实际工程问题的工具，在教学案例中充分运用。
可以选择一些典型的材料力学问题，如弹性力学、塑性力学和断裂力学等，通过有限元仿真软件进行计算和分析，引导学生了解材料的应力和应变分布，进而找到合适的材料力学理论进行求解。
这样可以将理论知识与实际问题相结合，让学生更好地理解和应用材料力学的原理和方法。
为了激发学生的学习兴趣，我们可以组织一些有关于有限元仿真的竞赛和实践活动。
可以设立有限元仿真竞赛项目，让学生们进行仿真计算和分析，比较结果的准确性和效率，鼓励他们团队合作和创新能力的发展。
也可以组织学生进行材料力学实验，通过测量和测试数据，再结合有限元仿真软件的计算结果，验证材料力学理论的正确性和实用性。
这些活动不仅能够提高学生的应用能力，还能够增加他们的专业素养和团队合作意识。
我们还应该重视学生的自主学习和实践能力的培养。
通过有限元仿真课程的改革，学生将从被动的知识接受者转变为主动的问题解决者。
在教学过程中，鼓励学生自主选择合适的案例和问题进行仿真计算和分析，引导他们独立思考和解决问题的能力。
可以开设有关有限元仿真的研究课题，鼓励学生进行深入的学术探讨和实践研究，提高他们的创新能力和科研素养。
将有限元仿真与材料力学课程相结合的改革能够有效提高学生的学习兴趣和动力，培养他们的应用能力和实践能力。
通过增加有关有限元仿真的教学内容，运用有限元仿真软件进行实例分析和实践操作，充分运用有限元仿真解决实际工程问题的案例，组织有限元仿真的竞赛和实践活动，培养学生的自主学习和实践能力。
与有限元仿真相结合的材料力学课程改革
与有限元仿真相结合的材料力学课程改革随着科学技术的不断发展，有限元仿真技术已经成为材料力学研究中的一项重要工具。
有限元分析是一种基于数值计算的方法，通过对材料的力学行为进行数值模拟，来提供对工程结构的力学性能进行评估和预测。
将有限元仿真技术与材料力学课程相结合，已经成为材料力学领域教学改革的重要方向之一。
材料力学是材料科学与工程的基础课程，它在工程领域中占据着重要的地位。
而有限元仿真技术则是一种先进的工程分析方法，它可以模拟材料在复杂载荷下的力学行为，为工程设计和优化提供重要的支持。
将有限元仿真技术融入材料力学课程中，可以帮助学生更好地理解和应用课程内容，同时也有助于培养学生的工程计算和分析能力。
课程改革需要从教学内容入手。
传统的材料力学课程主要侧重于理论知识的讲解和计算方法的介绍，而很少涉及到有限元仿真技术的内容。
我们可以通过重新设置课程大纲，将有限元分析方法的基本理论和应用技巧融入到材料力学课程中。
在教学内容方面，可以新增有限元理论简介、有限元建模与网格划分、有限元分析软件的使用等内容，通过这些内容的讲解和实践操作，使学生能够初步了解有限元仿真技术的基本原理和实际应用，为以后的学习和工作打下基础。
教学方法也需要进行改革。
传统的材料力学教学方法主要是理论讲解和示范实验，而缺乏实际的工程案例分析和计算仿真实践。
为了更好地将有限元仿真技术融入材料力学课程，我们可以引入案例教学和仿真实践环节，例如在课程中引入工程实例，通过有限元仿真分析工程结构在不同载荷下的应力分布和变形情况，让学生通过实际仿真操作来理解和掌握课程所学知识。
可以配备相应的有限元分析软件，让学生进行一定的仿真实践操作，提高他们的工程计算和分析能力，培养他们的工程实际应用技能。
课程评估也是课程改革的重要环节。
传统的课程评估主要以考试、作业为主，而缺乏对学生实际操作技能和工程应用能力的评估。
我们可以通过设置仿真实践项目和工程案例分析作业，来评价学生的实际能力和综合应用水平。
《结构力学》实验课程——结构数值仿真-实验指导书(全套完整版)
《结构力学》实验课程结构数值仿真实验实验教学指导书土木工程学院结构实验中心《结构力学》结构仿真实验指导书1.实验内容对《结构力学》课程中静定结构、超静定结构的内力、位移计算和结构影响线的基础上，采用结构数值的计算方法，通过计算软件完成同一结构的仿真分析，并将两种计算结果进行对比，找到数值分析方法和《结构力学》基本求解方法的差异，并对电算原理进行初探性学习。
2.实验目的1）锻炼学生计算分析能力，激发学生的学习兴趣；2）通过仿真试验可拓展专业课的教学空间,激发学生学习兴趣,增加教与学的互动性,使学生更多地了解复杂结构的试验过程,从而更深刻地理解所学《结构力学》课程内容。
3）通过数值仿真计算和《结构力学》中解析法(力法、位移法等)，验证所学结构力学方法的正确性；4）对电算原理及有限元理论有初步认识，并开始初探性学习；3.实验要求计算机，安装有MIDAS/civil等有限元计算软件。
预习指导书和数值计算仿真过程录像。
二、实验指导内容每个学生必须掌握的主要内容有：1、连续梁结构仿真分析；2、桁架结构仿真分析；3、框架结构仿真分析；4、影响线及内力包络图分析。
三、实验报告要求1、每人一个题目，完成结构的《结构力学》的手算计算，手算计算需要详细，要求手写在实验报告之中；2、在完成上述手算工作后，进行结构数值仿真计算，描述重要操作过程；3、结构数值仿真计算结果打印在实验报告之中；4、将结构数值仿真计算结果与《结构力学》手算结果进行对照，误差分析；初级课程: 连续梁分析概述比较连续梁和多跨静定梁受均布荷载和温度荷载（上下面的温差）时的反力、位移、内力。
3跨连续两次超静定3跨静定3跨连续1次超静定图 1.1 分析模型➢材料钢材: Grade3➢截面数值 : 箱形截面 400×200×12 mm➢荷载1. 均布荷载 : 1.0 tonf/m2. 温度荷载 : ΔT = 5 ℃ (上下面的温度差)设定基本环境打开新文件，以‘连续梁分析.mgb’为名存档。
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基于有限元仿真分析的结构力学直观性教学
摘要:结构力学是港口与航道工程的一门重要专业课,其目标是培养学生的结构受力分析及计算能力,由于其内容较抽象、枯燥,部分学生在学习时感到有一定的难度。
本文探讨了基于有限元数值分析的结构力学直观性教学实施方法,通过部分教学内容生动形象的数值仿真分析及动画演示,可使所学内容生动有趣,激发学生的学习兴趣。
直观性教学有助于提高记忆品质,促进所学知识的掌握和巩固。
关键词:结构力学有限元直观性
中图分类号:g642.421 文献标识码:a 文章编
号:1673-9795(2013)01(b)-0110-04
结构力学作为为港口与航道工程的专业基础课,其目标是使学生在学习理论力学和材料力学等课程的基础上进一步掌握杆系结构的计算原理和方法,培养学生的结构受力分析和计算能力,为学习后续专业课程以及进行结构设计和科学研究打下良好的力学基础。
但结构力学理论性较强、比较抽象,加之近年高校扩招导致学生基础较以前弱些,部分学生感觉本门课程难学,对力学基本规律掌握不够,影响了后续专业课的学习及进一步的自学。
面对这一问题,越来越多的高校开始探究结构力学的教学方法,如利用多媒体课件讲解、引入单元法教学等,加深学生对力学规律的认识,提高结构力学学习效果。
1 问题背景
直观性教学是指在教学中借助于直观的教学手段或通过让学生建立直接经验,来引导他们形成所学内容的清晰表象,丰富他们的感性知识,从而帮助他们理解一些比较抽象的知识。
教学中常采用的手段包括模具或挂图的讲解、动画的演示及模型试验实验等。
这一教学方法体现了认知过程,即通过感性、形象而具体的知识的学习,提高学生对课程学习的兴趣和积极性,减少学习抽象规律的困难;并通过展示事物的内部结构、相互关系和发展过程,帮助学生形成科学的概念,从而更好地深化认识和运用知识。
对于结构力学的学习而言,这种方法也符合力学来源于工程实践、又服务于工程实践的发展应用规律。
目前,结构力学的直观性教学大多满足于多媒体课件的应用和模型实验。
多数多媒体课件只停留在对给定结构在给定荷载下的内力及变形的计算演示,无法反映变形与内力随材料性质或荷载变化而变化的规律,更不能进行模拟演示,无法实现真正的直观性教学;另外受教学条件和教学时数的限制,模型实验只能选择少量的教学内容供学生验证。
本文以有限元仿真计算软件为教学手段,探讨结构力学教学内容的直观性教学实施方法,以期生动形象的再现力学规律,增强学生的感性认识,加深学生对力学概念的理解,提高结构力学定量计算及定性分析的能力。
2 直观性教学应用举例
2.1 几何构造分析之瞬铰
几何构造分析部分涉及到瞬铰概念。
刚片通过两根不平行的链杆与基础连接,则链杆轴线延长线的交点构成刚片的瞬时转动中心,
刚片可绕该瞬时转动中心作微小转动,链杆也随之改变位置,形成新的瞬时转动中心。
授课过程中发现部分学生很容易将之与瞬变体系混淆在一起,认为微小转动后刚片不能够再继续转动,由几何可变体系变为几何不变体系。
通过有限元建立如图1所示模型,在刚片上施加一定的往复位移后进行计算模拟,可以形象的观察到刚片绕瞬时中心的转动及瞬铰位置的改变。
2.2 结点的简化
2.3 桁架结构与梁式结构
复杂的工程结构在建立计算简图时一般可简化为刚架、桁架、组合结构及拱结构。
当荷载作用在结点上,并且结点提供的抗转约束力较小时,结构可以简化为桁架结构进行受力分析,这种简化结构的内力称为主内力,而实际结构中除该主内力外的附加内力称为次内力。
为了演示结点刚度对该类结构内力的影响,选用梁式杆建立屋架有限元分析模型,如图4所示,杆截面面积a=0.3×0.3,杆与杆之间通过铰和抗转弹簧相联结。
通过改变节点抗转弹簧的刚度k来分析结点约束对杆的内力及变形的影响。
2.4 温度作用下的静定结构和超静定结构
图9为两端为固端约束条件下梁在温度作用下的轴向应力分布及变形,可以看出梁内存有弯矩,但梁自身并无变形。
这说明在温度作用下固端约束所产生的约束反力矩引起的变形与温度引起的膨胀或收缩相抵消。
如果把图9中右侧的固端约束改为滚轴支座,结构仍为超静定结构,那结构的内力和变形该是如何呢？从图10可以看
出,梁内有使梁底侧受拉的正弯矩,且固定端支座处最大,梁产生向下凹的挠曲变形。
通过上述对温度作用下单跨梁的有限元分析及演示,可让学生认识到结构在温度作用下的受力变形状态:有变形有
内力(超静定结构)、无变形有内力(超静定结构),有变形无内力(静定结构)。
当然,结构如果不受任何外部作用,处于无变形无内力状态。
3 结语
除上述内容外,我们还尝试对主从结构的计算、分段叠加法绘制弯矩图、伯努利梁和铁摩辛柯梁的对比、强柱弱梁-强梁弱柱的变形型式等教学内容进行了有限元仿真计算演示。
通过借助于有限元计算,对这些授课内容涉及到的力学规律实现了生动形象的再现,
活跃了课堂气氛,激发了学生的学习兴趣,使学生在感性认识的基
础上加深了理解,对一些久思而不解的问题得到了直观的认识,提
高了学生的力学思维能力,达到了很好的教学效果。
对于大学力学课堂来说,尽管以培养学生的抽象思维能力和逻辑思维能力为目标,但直观性教学也可作为一种很好的辅助手段,来服务于这个目标。
参考文献
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