0 引言

低碳鋼拉伸實驗，試樣使用的材料是Q345，屬于一種低合金結(jié)構(gòu)鋼，其力學(xué)性能參數(shù)如下：屈服強度σ

應(yīng)不低于345MPa，抗拉強度σ

約為510MPa，伸長率在20%~25%之間。這種材料廣泛應(yīng)用于壓力容器、特種設(shè)備、車輛、橋梁、船舶、建筑等行業(yè)。因此，通過拉伸實驗，讓學(xué)生充分了解Q345的力學(xué)性能，為其走上工作崗位后能熟練運用打下良好的理論基礎(chǔ)。為了進一步加深學(xué)生對低碳鋼拉伸實驗的了解，通過ANSYS模擬分析，得出拉伸應(yīng)力變化云圖，并將模擬分析數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)進行比較，驗證ANSYS軟件在拉伸實驗中運用的可靠性和準(zhǔn)確性。在力學(xué)實驗中加入ANSYS分析模塊，提高學(xué)生們學(xué)習(xí)興趣的同時，大大提高了實驗教學(xué)的效果。

1 實驗數(shù)據(jù)分析

低碳鋼拉伸實驗是力學(xué)基礎(chǔ)實驗中非常重要的一個實驗，通過實驗數(shù)據(jù)分析，能夠計算驗證低碳鋼這種塑性材料的力學(xué)性能。低碳鋼拉伸實驗的試樣屬于國標(biāo)中的“長試樣”，其拉伸區(qū)域平均直徑d

=10mm，則按標(biāo)準(zhǔn)，原始拉伸長度l

=10d

=100mm。實驗過程中，采用左右標(biāo)記法，分別左對齊與右對齊標(biāo)出試樣上l

的長度，方便拉伸后測出拉伸長度。經(jīng)過實驗，獲得數(shù)據(jù)P

=27092N，P

=39306N，拉伸后長度l

=120.44mm，按照公式可算得屈服強度：

2 ANSYS虛擬仿真實驗平臺搭建及模擬過程

通過學(xué)校制定的實驗室開放政策，充分利用實驗室資源、提高實驗室利用率，挖掘?qū)嶒炇屹Y源潛力，采取有效措施對學(xué)生進行實驗室開放，實現(xiàn)資源共享，逐步擴大實驗室開放規(guī)模和增加開放時間，不斷充實實驗室開放內(nèi)涵。力學(xué)實驗作為機械基礎(chǔ)實驗的一部分，是機械學(xué)院實驗室開放的重點研究內(nèi)容。以線下力學(xué)實驗為基礎(chǔ)，利用ANSYS有限元分析模擬力學(xué)實驗過程，從而搭建一套ANSYS虛擬力學(xué)實驗仿真平臺。借助計算機輔助計算能力，能夠有效模擬分析力學(xué)實驗中試樣的受力情況，以較為直觀的受力云圖反映試樣應(yīng)力應(yīng)變特性，此虛擬平臺的搭建，豐富了力學(xué)實驗的內(nèi)容和形式，有助于學(xué)生更好的學(xué)習(xí)力學(xué)實驗相關(guān)知識。搭建的虛擬仿真實驗平臺，讓學(xué)生成為實驗的主體，調(diào)動學(xué)生參與實驗的積極性，營造有利于創(chuàng)新的氛圍，吸引學(xué)生參與開放實驗。鼓勵學(xué)生通過實驗發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

ANSYSWorkbench具有強大的結(jié)構(gòu)力學(xué)模擬計算分析能力，從模型建模、材料屬性設(shè)置、網(wǎng)格劃分、載荷施加、分析結(jié)果后處理等幾個方面入手，利用搭建的ANSYS虛擬仿真平臺對低碳鋼拉伸實驗進行模擬分析研究。

2.1 基本參數(shù)設(shè)置

低碳鋼Q345，材料屬性有密度ρ=7850kg/m

，泊松比μ=0.325，彈性模量E=2×10

MPa，啟用多線性隨動強化模型（Multilinear Kinematic Hardening），輸入Q345的相關(guān)參數(shù)，如圖1。

2.2 繪制模型及網(wǎng)格劃分

綜合Mulligan的研究，我們探討出許多問題。其一，對于Mulligan技術(shù)操作方便，效果顯著，但是機制不明確；其二，研究探討某種疾病或功能障礙時，無法給出明確納入標(biāo)準(zhǔn)，禁忌癥與適應(yīng)證無明確的指南，只是通過疾病的適應(yīng)癥與禁忌癥大體估量；其三，樣本量和局限性的問題仍不能解決。目前國內(nèi)與國外的差距明顯。從研究內(nèi)容上，國外Folk[47]的研究已經(jīng)進展到手指關(guān)節(jié)，國內(nèi)還沒有研究到小關(guān)節(jié)；從研究文獻的數(shù)量上，國外的研究也是領(lǐng)先于國內(nèi)；從研究領(lǐng)域上，Kim[48]對腦卒中患者步態(tài)功能的恢復(fù)，應(yīng)用動態(tài)松動術(shù)進行研究。

2.3 施加載荷

為了貼合實際拉伸過程，讓模擬計算更加準(zhǔn)確，設(shè)置載荷加載步數(shù)為10。模型一端端面加載固定約束，另一端施加沿x軸方向的正拉力，按時間分為10次加載，載荷按實際拉伸載荷不斷增大。（圖3）

將低碳鋼拉伸實驗的實驗數(shù)據(jù)與ANSYS虛擬仿真平臺計算數(shù)據(jù)進行比較分析，進一步驗證ANSYS模擬計算的準(zhǔn)確性和有效性。比較分析的數(shù)據(jù)有塑性指標(biāo)伸長量、強度指標(biāo)屈服強度和抗拉強度。

2.4 后處理與數(shù)據(jù)分析

職業(yè)核心能力視域下大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實施路徑優(yōu)化…………………………………………陳文亮，杜麗娟（103）

3 實驗數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)比較分析

童話樹：“我不服，我要放出我的撒手锏了！當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)！這可是我小時候不同時期的照片，你們可以看一看，能看得到我的正臉嗎？能看到算我輸。不知道為什么，我小時候一拍照就愛扮鬼臉，好好一小姑娘，不是扯嘴巴，就是動作幅度大，極度夸張，我感覺我小時候是個戲精，啊啊?。∥覒?yīng)該去當(dāng)個演員?！?/p>

蔬菜苗期的猝倒病、立枯病；茄果類的早疫病、晚疫?。还项惖目菸?、炭疽病等都是通過床土傳染的。而床土是培育蔬菜壯苗的基礎(chǔ)，好的床土必須是肥沃：養(yǎng)分完全、保肥力強；疏松透氣，既能保蓄一定的水分，又能使空氣流通；而且也應(yīng)無病原菌、蟲卵和草籽。

伸長量相對誤差：

通過比較，可以看出，三者的誤差均在13%以內(nèi)，說明ANSYS模擬分析基本上還原了低碳鋼拉伸實驗過程，得出的模擬數(shù)據(jù)較為可靠有效。因此在日常的低碳鋼拉伸實驗教學(xué)中，可以引入ANSYS模擬分析，建立ANSYS虛擬仿真實驗平臺，通過線下實際動手操作實驗和線上計算機虛擬仿真相結(jié)合的方式，來充分了解低碳鋼拉伸中的受力過程，豐富教學(xué)內(nèi)容的同時，可以更加直觀反映出低碳鋼拉伸過程中的力學(xué)性能變化，增加了學(xué)生動手學(xué)習(xí)的興趣。

4 結(jié)論

通過傳統(tǒng)的低碳鋼拉伸實驗和搭建的ANSYS虛擬仿真平臺的拉伸模擬分析，得到的力學(xué)性能數(shù)據(jù)均與Q345的實際力學(xué)性能指標(biāo)接近，因此二者實驗數(shù)據(jù)均準(zhǔn)確可靠。在此基礎(chǔ)上，將ANSYS虛擬仿真分析的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)進行了比較分析，其伸長率、屈服強度和抗拉強度等主要力學(xué)性能指標(biāo)的相對誤差均在可接受的誤差范圍內(nèi)，這充分說明ANSYS軟件模擬分析可以應(yīng)用于低碳鋼拉伸實驗中，建立ANSYS虛擬仿真實驗平臺切實可行。在拉伸實驗的實際教學(xué)中引入ANSYS軟件模擬，搭建虛擬仿真平臺，不僅能有效地串聯(lián)起課程教學(xué)內(nèi)容，而且還能發(fā)揮計算機的數(shù)值模擬功能。ANSYS中直觀的受力云圖和參數(shù)曲線，讓學(xué)生更容易理解和掌握拉伸實驗的相關(guān)理論知識，拓寬了學(xué)生視野和提升了學(xué)生形象思維能力的同時，大大提高了教學(xué)質(zhì)量和效率。此外，通過ANSYS的模擬分析，提高了學(xué)生熟練運用計算機軟件分析實際問題的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。

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