引言
西北工业大学飞机系结构设计专业己经连续3年采用ANSYS进行本科毕业设计教学，通过毕业设计，本科毕业生一般都能掌握基础有限元理论与ANSYS的基本使用方法，为日后的学习与工作打下良好的基础。同时由于ANSYS的操作方便性、多样性以及强大的计算能力，使得学生能够在比较短的时间内掌握软件操作.作者曾先后使用ALGOR2.0, NASTRAN for Windows2.0/4.6以及ANSYS5.4/5.6进行过多年的教学实践，感觉ANSYS是最适合教学的，也是能够使学生最接近有限元本质的商用有限元程序。本文总结了作者几年来指导本科生毕业设计的主要经验与体会。
1.ANSYS的软件操作方式
对ANSYS的操作主要有两种方式:
1)图形用户界面〔GUI)操作方式，主要采用鼠标点击各种菜单进行。
2) APDL编程方式(命令输入方式)。
在ANSYS的工作目录下建立文本文件，应用APDL语言定义有限元模型与计算控制参数，然后将该文件交由ANSYS执行。或者直接在ANSYS界面的命令输入框中输入命令。对于ANSYS程序系统而言，所有的界面操作都存在相对应的命令语句，但不是所有的命令语句都能找到相对应的菜单项。
由于本科毕业设计一般时间紧，任务重，一个学生一般不可能将两种操作方法都学习得很深入，因此在毕业设计的开始阶段，首先需要选择确定ANSYS的软件操作方式。在具体的教学实践中，一般考虑学生的计算机掌握程度、个人喜好等因素，指导教师给出建议，由学生自己选择软件操作方式。
虽然学生在大学二年级都学习过一门或数门计算机语言，但是由于个人的兴趣、上机条件等不同，到本科毕业设计时学生的计算机水平差距较大。对于接触计算机较多、学习过其他高级语言(如Power Station,C++、Delphi等)编程的同学，推荐他们采用APDL编程为主、鼠标菜单操作为辅的方法。因为APDL语言与Fortran语言及其相似，与其他高级语言也比较类似，所以熟练其他语言的同学上手十分方便。而对于计算机水平较低的同学，语言编程大多已被遗忘，所以教师一般建议其采用GUI方式操作ANSYS.
2.毕业设计学生的学习方法与教师的任务
在确定了学生的主要操作方式后，需要由教师对毕业设计生进行ANSYS的入门教学。根据几年的经验，入门教学采用案例教学法可以获得较好的教学效果。由于ANSYS功能繁多、操作复杂，如果在入门阶段让学生学习各种复杂的操作容易使学生产生畏难情绪，而案例教学方法则能避免这一点.所谓“麻雀虽小，五脏俱全”，再简单的案例也包含了有限元的前处理、求解、后处理的三个过程，在前处理中也一定包含材料定义、实常数定义、单元定义以及网格单元与节点的生成，这样就使得学生迅速掌握了有限元分析的工作流程与各种结构分析中所必需的参数。
在入门讲解结束后，为了培养学生的科研能力、自学能力与协作能力，其他的各种ANSYS软件操作的学习主要以学生自学和相互讨论为主。在整个的毕业设计过程中，教师的任务是:
1)入门讲解，时间一般不超过4个小时。
2)布置毕业设计任务、生要工作思路与工作方法，一般不讲细节.
3)平时答疑，回答学生的理论与操作方面的问题。
4)对学生的阶段性考核、阶段性成果的评定，时间进度控制以及下一步工作量估计。
5)最终有限元模型的审核，计算结果的审核以及毕业设计论文的写作指导。
教师最主要的任务，应该是使用各种技巧性的.、知识性的手段，提高学生的兴趣，包括对ANSYS操作的兴趣。单纯依靠毕业设计的压力不会使学生感受到学习与科研的快乐，也就无从谈起主观能动性。
由于毕业设计不同于平时的课程教学，教师与学生之间的相互讨论的时间比较有限，因此需要在比较少的时间内讲解尽可能多的知识。在实际教学中，一些教师往往忽略有限元理论讲解而把重点仅仅放在软件操作上，使得学生知其然不知其所以然，这样也会损害学生对软件的更深一步理解。所以在教学中应该采用有限元理论与软件操作并重方式教学，教师可以建议学生去看一些书籍，争取学生在毕业设计结束后，能够独立地完成类似的题目以及难度更高的题目，同时具备一定的理论自学能力与较强的软件操作自学能力。
3.案例教学方法实例(结构优化分析)
在本科毕业设计的开始前，有相当部分学生没有接触过任何有限元理论。但是学习过材料力学、理论力学与固体力学的部分知识。假设:一个学生小组的毕业设计题目是某航空板壳结构的结构重量优化分析，在学生的入门阶段，一般需要进行以下两个步骤的案例讲解。
(1)结构静强度分析在这一部分中，教师主要演示三个模型的建立、分析与后处理过程。
1)一个平面板的有限元模型。如图la所示，该模型为左边固支，右边均布拉伸载荷的平板。在这一实例中，需要按顺序讲解。即:应用ANSYS分析结构强度的过程;材料、实常数、单元类型的含义与定义方法;ANSYS中单位制的规定;实体模型的建立:点(KP)-线(LINE)-面(AREA):有限元网格的划分方法;约束的含义与定义方法;载荷的定义方法，如何将均布载荷按比例分配到节点上:如何启动分析;后处理中变形图、应力云图的显示。
2)一个平面带孔板的有限元模型。如图2a所示，该模型与上一模型类似，只是板中间开了一个孔。在这一实例中，除了复习上一实例的各种操作外，还需要重点讲解。即:面的布尔运算;如何获得理想的网格;如何了解网格的密度是否合适:根据金属孔边应力集中系数等于3的特性，检验计算精度。
3)一个复杂的空间板壳结构。由上两个实例的讲解，学生一般已经掌握了ANSYS的初步知识，因此该模型需要演示一个略微复杂的空间板壳结构如图3所示，同时在建模的过程中主要由学生讲述应该如何操作，教师负责总体，相当于在教师的帮助下，由学生自己完成一件作品。下一步学生就可以完全脱离教师独立完成类似的工作了。
(2)结构静强度优化分析上面的三个实例完全是静强度分析。如果本科毕业设计的内容就是复杂结构的静强度分析的话，入门教育上面三个实例已经足够。但是对于进行结构优化分析的学生，则还需要在上述三个实例讲解的基础上，经过一段时间的巩固练习后，演示优化分析的过程与方法。
1)优化基本理论:优化目标，约束，优化变量迭代方法(例如:牛顿法)等。
2) ANSYS中优化变量的定义方法。
3)优化计算的启动。
4)优化结果的显示。
图4显示了优化过程中优化目标〔总量)与约束条件(最大应力)的变化曲线。
4.结论
ANSYS非常适合本科生毕业设计教学工作。本文给出的案例教学方法经过儿年的实践，证明是非常有效的方法。而本文给出的案例实例也是作者在教学实践中总结出来的，学生很容易接受的实例。在指导学生学习的过程中，要根据学生的特点、基础与学习能力，合理引导，充分调动学生的能动性，这样才能获得理想的教学效果。
