摘 要:《機械基礎》是工科學生很重要的一門專業(yè)基礎課，本文從機械基礎課程教學改革的角度出發(fā)，探討了以先進三維設計軟件Solidworks為手段進行梁的虛擬分析，以輔助教學，三維設計軟件在教學中的應用增加了學生對部分知識的理解，激發(fā)學生的學習興趣，對培養(yǎng)學生學習積極性和主動性方面起著積極的作用。

關鍵詞:Solidworks simulation 梁 彎曲

中圖分類號:TG501\t\t文獻標識碼:A\t\t\t文章編號:1672-3791(2011)10(a)-0190-02

《機械基礎》是高職機械(機電)類專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，由于本課程的理論知識較多，課堂教學難免會枯燥乏味，因此大多數(shù)學生缺少學習興趣，無法達到預期的教學效果，在職業(yè)教育快速發(fā)展的今天，如何讓底子薄、學習能力差的高職學生自主學習，以提高該門課程的學習效果，是呈現(xiàn)在老師面前至關重要的課題。例如在材料力學基礎知識中，梁在外力作用下產(chǎn)生的彎曲變形及應力應變分布變化，一直是教學中的重點和難點，若能將梁的受力與梁應力分布的關系形象生動的展現(xiàn)出來，會加深學生對相關知識的理解和掌握，提高他們的學習興趣。

隨著計算機輔助設計與輔助制造技術的迅速發(fā)展，先進的三維設計、制造方式正在工程界迅速的發(fā)展和推廣。本文在此利用solidworks軟件及其插件simulation來實現(xiàn)梁受力分析方法。

1 Solidworks軟件簡介

功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點，使得SolidWorks成為領先的、主流的三維CAD解決方案。Solidworks開發(fā)商和世界許多著名軟件公司都有合作伙伴關系，使之成為一個完全開放的系統(tǒng)，為后續(xù)虛擬加工、有限元分析、運動學和動力學分析以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等提供必要的信息。SolidWorks對每個使用者來說，操作簡單方便、功能強大、易學易用，使用直觀，界面友好。它包括零件設計、二維工程圖的自動生成、零件虛擬裝配以及強大的分析功能[1]。

SolidWorks Simulation是一個與SolidWorks完全集成的設計分析系統(tǒng)。SolidWorks Simulation可進行應力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析。其分析結果可以直觀地顯示在solidworks的設計模型上，為設計工程師提供比較完整的分析手段[2]。

2 Solidworks在教學中的應用

講授構件承載能力時，利用SolidWorks 中提供的simulation功能，可以將構件在承載情況下產(chǎn)生的應力及變形分布分析出來，并生成相應的分析圖，此功能操作簡單，分析準確，出圖清晰，完全可以在材料力學的教學中借鑒引用，下面就圖1所示的梁的受力簡圖為例，來說明利用SolidWorks Simulation中模擬梁承載情況，并作出分析結果以輔助教學，幫助學生更好地理解安全系數(shù)、應力、零件載荷參數(shù)、零件結構尺寸及材質(zhì)的關系。假定梁截面為15×20mm的矩形梁，材料為普通碳素鋼，分析步驟如下。

(1)在solidworks中構建梁的等效模型，如圖2所示。

(2)生成算例，為算例命名為“算例1”，并定義其分析類型為“靜態(tài)分析”。

(3)定義材料屬性。設置梁的材質(zhì)為普通碳素鋼，其屈服應力為220Mpa。

(4)指定約束和載荷。為A端的約束設定為固定幾何體(不可移動)，為B端的約束設定為固定幾何體(使用參考幾何體)，并按圖1所示梁上的外力分布情況添加外部載荷，并設定對應大小的數(shù)值。模型受力模型如圖3所示。

(5)網(wǎng)格化模型。將模型劃分為許多稱作單元的小塊。在分析的初期，近似結果若足以滿足需要，因此可以指定較大的單元大小來提高解算速度。要想進行更精確的解算，可能必須使用較小的單元大小。

(6)運行研究。各項參數(shù)全部設定完之后，可以點擊運行，來計算本次分析的結果。分析結果如圖4、圖5、圖6所示。

圖6很形象地給出了梁在外載荷的作用下的變形趨勢(圖中變形比例為225倍)，最大應力值發(fā)生在D處。經(jīng)分析比較剪力圖和彎矩圖，發(fā)現(xiàn)該梁D處的剪力雖不是最大，但D點出現(xiàn)了最大的彎矩，值為115N·m，從應力分析圖上也可看出最大拉應力在D+處為115Mpa，最大壓應力在D-處為85Mpa，小于普通碳鋼220Mpa的屈服應力。通過solidworks軟件引入課堂教學，讓課堂的內(nèi)容立刻豐富多彩，加深了學生對枯燥知識的學習興趣和對知識的理解。

3 結語

通過類似分析與講解，將安全系數(shù)分布圖也可以引入，使學生較容易理解安全系數(shù)的含義，并理解零件強度、承載載荷、梁橫截面面積之間的關系，極大提高學生的學習興趣。當然solidworks強大的功能完全可以滿足機械基礎課程教學中其他一些知識輔助教學的需要，可以將工科教學中很多抽象難以理解的知識變得形象、具體和生動起來，以達到提高學生學習效果的作用。

參考文獻

[1]\t王久貴.SolidWorks三維設計軟件在“機械基礎”課程教學中的運用[J].職教通訊，2010(11):102～104.

[2]\t呂文閣，等.機械設計基礎課程設計中應用有限元進行強度分析的嘗試[J].廣東工業(yè)大學學報(社會科學版)，2008(7):189～191.