再议结构力学教学

结构力学这门课内容繁多，前后内容联系紧密，是一环扣一环的。后面的内容以前面的内容为基础。前面的内容没有学好，后面的内容学起来也有难度。学这门课，需要持之以恒，不能中途休息。学这门课需要一直坚持，坚持预习，坚持每节课都来，坚持每次课的作业都按时完成。坚持今天讲的课，今天就要消化吸收，不能留到明天。坚持下来了，这门课就能学好。所以说学这门课，对毅力的培养很有作用。

结构力学这门课，就是老师在黑板上不断的讲例题。通过例题的讲解，把知识传授给学生。讲纯理论的很少，都是和例题一起讲解。知识的运用，也体现在解题能力上。判断学生学得好坏，也体现在学生能解多少题目，会解多少题目。知识的灵活运用，也体现在解题能力上。判断学生是否掌握了相关知识的手段，也是看学生能否把题目做出来。

结构力学内容繁多，可以分为基本内容和提高内容。讲授结构力学，要讲最基本的内容。至于提高部分，要看学生情况，有选择地讲。基本内容的讲解，要反复的讲。课后要多做习题，反复练习。上课时要注意和學生的互动，调动学生的积极性。让学生们，认真听讲，不要开小差。结构力学例题很多，讲起来可能会比较枯燥，尽量讲得生动一些，吸引同学们的注意力。PPT要做得生动，有趣一些。上课时，可以适当的叫学生在黑板上演算，以此提高学生的积极性，督促学生认真学习。要告诉学生，要学会坚持，学会持之以恒。要告诉学生学习要有毅力。要不怕苦不怕累。

要及时批改学生的作业，通过批改学生的作业及时了解学生哪些地方掌握得比较好，哪些地方还需要加强。上课的时候也可以有的放矢。

学生要认真预习，多看一些参考书。他山之石，可以攻玉。要学会自学。学习结构力学的时候要既看，也要动手。不能只阅读，而不做习题。要多练，要多做一些习题。学习贵在坚持，在学结构力学时尤其表现明显。大学生，在读期间，要把多一些的时间和精力放在学习上。要很好地把握学习和活动的时间。学生还是要以学习为主。

学生要很好地把图书馆的资源利用起来，知识就是力量。要多一点时间泡在图书馆里。要自主地学习。当然也要积极参加体育运动。有了好的身体，才谈得上做其他的事。

把有限元软件引入到结构力学的教学当中。结构力学的发展也要跟上时代的潮流，也要把当前的最新科学技术引入到结构力学中。大型有限元通用计算软件Ansys在全球拥有最广大的用户群，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程软件，能与多数计算机辅助设计软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo，NASTRAN、Algor、I-DEAS、AutoCAD等。是融结构、流体、电场、磁场、声声分析于一体的大型通用有限元分析软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS功能强大、操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。目前，中国100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。

CAE的技术种类有很多，其中包括有限元法，边界元法，有限差分法等。每一种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学、流体力学、电路学、电磁学、热力学、声学、化学化工反应等。

ANSYS有限元软件包是一个多用途有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。

软件主要包括三个部分：前处理模块、分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。

分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。

后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示，立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。

工程仿真软件ANSYS16.0在结构，流体，电磁，多物理场耦合仿真，嵌入式仿真技术各方面都有重要的进展。

能实现电子设备的互联。电子设备连接功能的普及化、物联网发展趋势的全面化，需要对硬件和软件的可靠性提出更高的标准。ANSYS16.0，提供了众多验证电子设备可靠性和性能的功能，贯穿了产品设计的整个流程，并覆盖电子行业供应链。ANSYS16.0中全新推出了“ANSYS电子设计桌面”。在单个窗口高度集成化的界面中，电磁场、电路和系统分析构成了无缝的工作环境，从而确保在所有应用领域中，实现仿真的最高的生产率和最佳实践。ANSYS16.0中另一个重要的新功能是可以建立三维组件并将它们集成到更大的装配体中。使用该功能，可以很容易地构建一个无线通信系统，这对日益复杂的系统设计尤其有效。建立可以直接仿真的三维组件，并将它们存储在库文件中，这样就能够很简便地在更大的系统设计中添加这些组件，而无需再进行任何激励、边界条件和材料属性的设置，因为所有的内部细节已经包含在三维组件的原始设计之内。

简化复杂流体动力学工程问题。产品变得越来越复杂，同时产品性能和可靠性要求也在不断提高，这些都促使工程师研究更为复杂的设计和物理现象。ANYSY16.0不仅可简化复杂几何结构的前处理工作流程，同时还能提速多达40%。工程师面临多目标优化设计时，ANSYS16.0通过利用伴随优化技术可实现高效率多目标设计优化，实现智能设计优化。新版ANSYS16.0除了能简化复杂的设计和优化工作，还能简化复杂物理现象的仿真。对于船舶与海洋工程应用，工程师利用新版本可以仿真复杂的海洋波浪模式。旋转机械设计工程师（压缩机、水力旋转机械、蒸汽轮机、泵等）可使用傅里叶变换方法，高效率地获得固定和旋转机械组件之间的相互作用结果。

基于模型的系统和嵌入式软件开发。基于系统和嵌入式软件的创新在每个工业领域都有非常显著的增长。各大公司在该发展趋势下面临着众多挑战，尤其是如何设计研发这些复杂的系统。ANSYS16.0面向系统研发人员及其相应的嵌入式软件开发者提供了多项新功能。针对系统工程师，ANSYS16.0具备扩展建模功能，他们可以定义系统与其子系统之间复杂的操作模式。随着系统变得越来越复杂，它们的操作需要更全面的定义。系统和软件工程师可以在他们的合作项目中可以进行更好的合作，减少研发时间和工作量。ANSYS16.0增加了行为建模方式应对此需求。在航空领域，ANSYS16.0针对DO-330的要求提供了基于模型的仿真方法，这些工具经过DO-178C验证，有最高安全要求等级。这是首个面向全新认证要求的工具。

ANSYS分析类型。结构静力分析。用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼结构的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。

作者简介

曹少飞，西南科技大学土木工程与建筑学院老师，工程师，研究方向：土木工程。