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摘 要：基于ANSYS静力学分析的矿山材料力学教学，可以在课堂上向学生生动地展示矿山材料的力学特性，提升学生的学习兴趣，改变矿山材料力学课程教学的现状。本文通过对悬臂梁受载这一现象的分析，说明该方法的合理性和科学性。
关键词：矿山材料力学教学；静力学分析；力学特性；直观认知
一、引言
目前在常规的矿山材料力学教学中，教师单纯讲解力学问题，可能会使学生出现思维疲劳和注意力不集中的现象。为避免这种现象的发生，教师需要在课堂上提高学生的注意力，比如采用与实际工程问题相结合的方法来让学生的思维活跃起来，又比如采用一些动态的模拟实验来调动学生学习的积极性。本文在结合矿山材料力学教学以及矿山材料力学分析方法的基础上，提出基于ANSYS（美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析软件）静力学分析的矿山材料力学教学应用方案。
二、基于ANSYS静力学分析的教学应用
通过Solidworks三维建模软件对悬臂梁建模，分别用Solidworks、 Simulation 和 ANSYS Workbench 软件对悬臂梁进行有限元分析，并根据应力分析结果和位移分析结果对悬臂梁进行校核，并以此作为拓扑优化设计的约束变量和目标函数，依据拓扑优化结果对悬臂梁进行轻量化改进，并减小悬臂梁局部应力；优化完悬臂梁后，重新导入ANSYS Workbench进行应力和位移的分析，比较改进前后的结果优化是否合理，并为以后的悬臂梁设计提供依据。
利用三维软件Solidworks建立三维模型，后通过有限元分析软件ANSYS Workbench计算立式磨悬臂梁的结构应力分布状况，对悬臂梁进行分层、分阶段建模，研究悬臂梁的厚度和材质对悬臂梁结构应力的影响。对特殊部位分析其应力集中状况，并分析不同厚度悬臂梁的应力分布，得出悬臂梁厚度对结构应力的影响规律。
启动ANSYS Workbench软件，定义材料性能参数后导入几何模型，进行Static Structural分析，通过编辑命令进入Mechanical application界面，确定作业单位制，将材料性能参数赋予几何模型，对几何模型进行有限元网格划分，定义边界条件，施加固定约束、位移约束、施加压力，对悬臂梁的有限元模型进行求解得到悬臂梁的应力云图和位移云图，从而验证悬臂梁的强度和刚度是否符合要求。对于应力集中度高的地方进行改进，进行拓扑优化设计后重新进行有限元分析以验证改进效果。本课题主要用了Solidworks软件进行结构几何建模，按照上述原则对悬臂梁做出相应的简化处理，具体如下：
（1）悬臂梁底部因底角螺栓浇注地面连接，故悬臂梁底部简化为悬臂梁一体的。
（2）该材料采用Q235材质钢板分部分拼焊而成，此处把悬臂梁作为一个整体来进行受力分析。因此在Solidworks中建立了悬臂梁的三维实体模型。
ANSYS Workbench对Solidworks三维建模软件实现了真正的無缝连接，能直接读入Solidworks中的零件模型，随后便可进入Workbench的主界面后进行受力分析，Workbench中的受力分析更加精确，需要设置的参数更详细，因此对应的分析结果具有更强的参考性。
从Solidworks工具栏中选择ANSYS 12.0-Workbench选项，该悬臂梁采用Q235材料，选用系统默认材料结构钢（Structure Steel），其材料性能参数如下：弹性模量200GPa，泊松比0.3，密度7.85g/cm3，屈服强度250MPa，强度极限460MPa。网格划分和添加夹具约束，使悬臂梁底部在X、Y、Z三个方向上不能平移和旋转，并按照前面计算得出的力，结合实际情况给悬臂梁施加载荷。悬臂梁的结构并不复杂，本文采用自动智能划分方式，共划分、37417个节点、17939个单元。
悬臂梁是顶部限制Y方向的自由度。悬臂梁施加载荷和约束情况、悬臂梁总变形云图、悬臂梁的最大变形处、最大变形量以及相关的参数一目了然。通过演示可知悬臂梁的静力学分析符合有限元的分析方法，与矿山材料力学课程讲解内容相结合更能达到有效指导学生的目的。
三、结论
基于ANSYS静力学分析的矿山材料力学教学，可以在课堂上向学生生动地展示矿山材料的力学特性，激发学生的学习兴趣，改变矿山材料力学课程教学现状。对悬臂梁受载这一现象的分析表明该方法具有合理性和科学性。
参考文献：
[1]丁毓峰.ANSYS 12.0有限元分析完全手册[M].北京：电子工业出版社，2011.
[2]郑锐锋.基于CATIA的中型矿渣立式磨摇臂构件的有限元分析及优化设计[D].包头：内蒙古科技大学，2012.
[3]胡其涛.立磨关键部件有限元分析[D].武汉：武汉理工大学，2009.
[4]陈艳霞，陈磊.ANSYS Workbench工程应用案例精通[M].北京：电子工业出版社，2012.
关键词：矿山材料力学教学；静力学分析；力学特性；直观认知
一、引言
目前在常规的矿山材料力学教学中，教师单纯讲解力学问题，可能会使学生出现思维疲劳和注意力不集中的现象。为避免这种现象的发生，教师需要在课堂上提高学生的注意力，比如采用与实际工程问题相结合的方法来让学生的思维活跃起来，又比如采用一些动态的模拟实验来调动学生学习的积极性。本文在结合矿山材料力学教学以及矿山材料力学分析方法的基础上，提出基于ANSYS（美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析软件）静力学分析的矿山材料力学教学应用方案。
二、基于ANSYS静力学分析的教学应用
通过Solidworks三维建模软件对悬臂梁建模，分别用Solidworks、 Simulation 和 ANSYS Workbench 软件对悬臂梁进行有限元分析，并根据应力分析结果和位移分析结果对悬臂梁进行校核，并以此作为拓扑优化设计的约束变量和目标函数，依据拓扑优化结果对悬臂梁进行轻量化改进，并减小悬臂梁局部应力；优化完悬臂梁后，重新导入ANSYS Workbench进行应力和位移的分析，比较改进前后的结果优化是否合理，并为以后的悬臂梁设计提供依据。
利用三维软件Solidworks建立三维模型，后通过有限元分析软件ANSYS Workbench计算立式磨悬臂梁的结构应力分布状况，对悬臂梁进行分层、分阶段建模，研究悬臂梁的厚度和材质对悬臂梁结构应力的影响。对特殊部位分析其应力集中状况，并分析不同厚度悬臂梁的应力分布，得出悬臂梁厚度对结构应力的影响规律。
启动ANSYS Workbench软件，定义材料性能参数后导入几何模型，进行Static Structural分析，通过编辑命令进入Mechanical application界面，确定作业单位制，将材料性能参数赋予几何模型，对几何模型进行有限元网格划分，定义边界条件，施加固定约束、位移约束、施加压力，对悬臂梁的有限元模型进行求解得到悬臂梁的应力云图和位移云图，从而验证悬臂梁的强度和刚度是否符合要求。对于应力集中度高的地方进行改进，进行拓扑优化设计后重新进行有限元分析以验证改进效果。本课题主要用了Solidworks软件进行结构几何建模，按照上述原则对悬臂梁做出相应的简化处理，具体如下：
（1）悬臂梁底部因底角螺栓浇注地面连接，故悬臂梁底部简化为悬臂梁一体的。
（2）该材料采用Q235材质钢板分部分拼焊而成，此处把悬臂梁作为一个整体来进行受力分析。因此在Solidworks中建立了悬臂梁的三维实体模型。
ANSYS Workbench对Solidworks三维建模软件实现了真正的無缝连接，能直接读入Solidworks中的零件模型，随后便可进入Workbench的主界面后进行受力分析，Workbench中的受力分析更加精确，需要设置的参数更详细，因此对应的分析结果具有更强的参考性。
从Solidworks工具栏中选择ANSYS 12.0-Workbench选项，该悬臂梁采用Q235材料，选用系统默认材料结构钢（Structure Steel），其材料性能参数如下：弹性模量200GPa，泊松比0.3，密度7.85g/cm3，屈服强度250MPa，强度极限460MPa。网格划分和添加夹具约束，使悬臂梁底部在X、Y、Z三个方向上不能平移和旋转，并按照前面计算得出的力，结合实际情况给悬臂梁施加载荷。悬臂梁的结构并不复杂，本文采用自动智能划分方式，共划分、37417个节点、17939个单元。
悬臂梁是顶部限制Y方向的自由度。悬臂梁施加载荷和约束情况、悬臂梁总变形云图、悬臂梁的最大变形处、最大变形量以及相关的参数一目了然。通过演示可知悬臂梁的静力学分析符合有限元的分析方法，与矿山材料力学课程讲解内容相结合更能达到有效指导学生的目的。
三、结论
基于ANSYS静力学分析的矿山材料力学教学，可以在课堂上向学生生动地展示矿山材料的力学特性，激发学生的学习兴趣，改变矿山材料力学课程教学现状。对悬臂梁受载这一现象的分析表明该方法具有合理性和科学性。
参考文献：
[1]丁毓峰.ANSYS 12.0有限元分析完全手册[M].北京：电子工业出版社，2011.
[2]郑锐锋.基于CATIA的中型矿渣立式磨摇臂构件的有限元分析及优化设计[D].包头：内蒙古科技大学，2012.
[3]胡其涛.立磨关键部件有限元分析[D].武汉：武汉理工大学，2009.
[4]陈艳霞，陈磊.ANSYS Workbench工程应用案例精通[M].北京：电子工业出版社，2012.