新教改下有限元分析技術在熱處理實驗教學中的探究

王春政 毛星 毛桂生

摘 要：有限元分析技術可用來求解溫度場等熱處理工程上的問題.該技術可以用ansys軟件在熱處理實驗教學中進行仿真實驗教學，在新教改的思想指導下為熱實驗教學開辟出一條新途徑。該方法與普通實驗相比具有形象、直觀、充實等特色.ANSYS軟件可直觀的對熱處理實驗的過程進行仿真。通過將實驗結果與ANSYS軟件分析結果進行對比，有利于學生直觀掌握理論知識，使得熱處理實驗課內容充實飽滿。

關鍵詞：有限元分析；熱處理實驗；新教改

1、項目的意義

熱處理實驗中“熱處理前后力學性能對比觀察實驗”，該實驗用于分析熱處理前后各種材質試樣硬度變化。以往實驗過程中實驗教學僅是實驗教師按照試驗大綱要求進行實驗講解示范，學生進行演示，并得出相同的結果，即為達到實驗要求。此種實驗教學僅是讓學生機械式的重復，對熱處理過程的熱處理工藝在溫度上是如何影響硬度這一現象沒有進行深度思考。機械式的實驗教學不能夠很好激發學生的知識探索和創新思維。而開設“熱處理前后力學性能對比觀察實驗”的初衷是讓學生在能夠實際動手實驗過程中，能真正明白該門課程中熱處理工藝對金屬硬度的影響，形象直觀的了解該工藝的作用原理。

因此為激發學生的知識探索，可以通過“有限元分析”的方法對學生進行實驗教學，運用有限元技術中的 ANSYS 分析軟件進行虛擬仿真，模擬熱處理前后試樣力學性能變化，讓學生在學習熱處理工藝實驗的過程中，既可以學到熱處理工藝實驗技能，又可以直觀了解熱處理的原理。使學生在獲得綜合技能，又激發學生對該門課程的思考和創新能力。

因此需在熱處理實驗課中引入“有限元技術”以及 ANSYS 虛擬軟件軟件分析內容講解，使該門實驗課教學生動、形象、內容充實飽滿。

2、研究現狀

從有限元技術出現到現在，已經廣泛的在工程上得到了應用。經歷了三十多年的發展已經日趨完善。它的核心思想是結構的離散化，將實際結構假想地離散為有限數目的規則單元組合體，實際結構的物理性能（例如應力、溫度等）可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結果來替代對實際結果的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論又無法解決的復雜問題。因此可以將該技術運用在實驗課程“熱處理前后力學性能觀察”中，通過對該熱處理工藝過程的前后硬度進行有限元分析，能夠將此實驗手動實驗結果和有限元分析的虛擬仿真結果進行對，比讓學生充分了解試樣的硬度變化的過程和原因。

3、研究方法

學生在該門實驗過程中，將金屬試樣放入熱處理爐后保溫 40 分鐘內，在保溫過程中通過講解有限元基本知識，并采用 ANSYS 軟件分析計算出的本次熱處理過程前后仿真的結果，并展示給學生。等試樣熱處理時間完成后，將試樣取出后，進行處理后力學性能測試，將測試結果與 ANSYS 模擬仿真結果進行對比。當對比結果一致時，學生們不僅在實驗課中進行了實際動手操作，還可以從理論上進行了解熱處理工藝。

改革后該門實驗課上課流程如下圖所示：

4、結論

通過將有限元分析技術運用在熱處理實驗教學中，將兩者有機結合可以更好的實現“教、學、做”一體化。在課堂教學中將有限元分析和ANSYS虛擬仿真技術知識和分析結果融入原有實驗內容進行授課。并再結合學生學習過程中出現的問題和教學效果的反饋，對教學方法進行逐步完善，形成一套完善的教學方法；時克服了學生上課單一機械的缺點，顯著改善了教學條件、提高教學效果。同時也可以將該方法推廣應用在其他學科的實驗課中，提高教學效果。

參考文獻：

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課題項目：韶關學院校級教改項目（SYJY20201230）

作者簡介：王春政（1985-），男，碩士，實驗員，主要研究方法：熱處理工藝