飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理理論教學(xué)探究

徐錚　李銳銳

【摘要】高職教學(xué)不同于本科教學(xué)，以實(shí)踐為導(dǎo)向，配合更適應(yīng)于高職學(xué)生的理論教學(xué)方法，達(dá)到事半功倍的效果。本文對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理理論教學(xué)提出一種方法，采用數(shù)模和有限元相結(jié)合的方式幫助和加深學(xué)生的理解。

【關(guān)鍵詞】高職理論課教學(xué) 飛機(jī)結(jié)構(gòu)專業(yè) 結(jié)構(gòu)修理教學(xué)方法探究

【基金項(xiàng)目】民航局教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)精品課程。

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）50-0218-01

隨著我國(guó)民航業(yè)高速發(fā)展，對(duì)飛機(jī)維護(hù)和維修的人員也非常緊缺。目前，開設(shè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理專業(yè)的高等院校不多，僅為一些航空相關(guān)本專科院校。高職學(xué)生在學(xué)情上不同于本科學(xué)生[1]，如何尋求與高職學(xué)生相匹配的專業(yè)課理論教學(xué)，真正做到理實(shí)一體化，值得探究。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理理論課程具有知識(shí)點(diǎn)較為枯燥，知識(shí)性理論性很強(qiáng)等特點(diǎn)[2]，涉及的學(xué)科方向主要是由工程力學(xué)、機(jī)械基礎(chǔ)、材料學(xué)、航空概論等幾個(gè)專業(yè)。這些課程在本科教學(xué)中會(huì)具體開設(shè)，但是高職學(xué)生由于學(xué)時(shí)短，基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，因此尋求合理的飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理課程理論教學(xué)方法，讓學(xué)生能夠淺顯易懂并配合實(shí)操。本方法是在課堂上采用了三維數(shù)模展示及有限元受力分析，其優(yōu)點(diǎn)是能夠更直觀讓學(xué)生了解飛機(jī)結(jié)構(gòu)件形狀和位置，結(jié)構(gòu)件受力后應(yīng)力分布和變形情況，避免了課程學(xué)習(xí)中會(huì)發(fā)生的學(xué)習(xí)枯燥和空間想象差導(dǎo)致學(xué)習(xí)困難的現(xiàn)象。

一、CATIA數(shù)模輔助增進(jìn)學(xué)生對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)

傳統(tǒng)的理論教學(xué)以課本知識(shí)為主，結(jié)合相關(guān)視頻讓學(xué)生有較為直觀的了解。但是對(duì)于飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理專業(yè)而言，由于飛機(jī)中結(jié)構(gòu)件眾多，因此僅僅依靠視頻是很難讓學(xué)生全面了解。隨著CAD/CAM已經(jīng)被大部分制造企業(yè)所采用，尤其是像航空這類系統(tǒng)性要求高的企業(yè)。將CATIA數(shù)模引用到課程教學(xué)中有以下兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

一是在教學(xué)過程中通過數(shù)?？梢垣@得飛機(jī)中任意結(jié)構(gòu)件形狀和所在位置。傳統(tǒng)教學(xué)過于抽象，部分學(xué)生空間想象能力較薄弱，平面二維圖對(duì)于剛學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)的學(xué)生來說理解相對(duì)困難，容易導(dǎo)致對(duì)學(xué)科的厭學(xué)情況，但是采用了三維數(shù)模展示方法，能有效的避免這個(gè)現(xiàn)象。

二是大部分學(xué)生就業(yè)除了去民航維修企業(yè)外，相當(dāng)一部分同學(xué)加入飛機(jī)制造企業(yè)，如隨著ARJ21和C919兩個(gè)型號(hào)的研制，飛機(jī)制造商對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)專業(yè)學(xué)生有大量需求。這些企業(yè)均采用了無紙化設(shè)計(jì)與制造。學(xué)生掌握如何利用CATIA 軟件看懂飛機(jī)制造裝配的三維數(shù)模，將為他們工作也打下良好的基礎(chǔ)。

以蒙皮拼接帶中“修補(bǔ)加強(qiáng)件邊緣不能終止于蒙皮縱向拼接帶”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)為例，。在講授這個(gè)知識(shí)點(diǎn)之前，很多學(xué)生并沒有接觸過拼接帶（見圖1左），因此并不能很好的接受知識(shí)。

通過采用CATIA 數(shù)模將拼接帶課堂演示（見圖1右），并結(jié)合 SRM飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)圖片學(xué)生能更好的理解拼接帶的作用，處在位置。這樣對(duì)于講授的知識(shí)點(diǎn)能更好的理解原因，而不是一味記憶。

二、采用限元軟件受力分析演示幫助理解

對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)受力分析，普通本科教育開設(shè)材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)甚至是有限元課程[3]。這對(duì)于高職學(xué)生理論要求過高。但是機(jī)務(wù)需要對(duì)結(jié)構(gòu)受力類型，損傷區(qū)域以及損傷后導(dǎo)致結(jié)果有一定程度的認(rèn)知能力。高職學(xué)生不能系統(tǒng)學(xué)習(xí)力學(xué)課程，也沒有條件參與破壞性試驗(yàn)，這其實(shí)是對(duì)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)而言不利的。因此，課堂上通過有限元軟件仿真演示可以有效的彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，同時(shí)還具有如下特點(diǎn)：

一有限元軟件模擬仿真有著非常友好的可視化界面，學(xué)習(xí)不枯燥，同時(shí)可以使得學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)受力應(yīng)力階梯變化有一個(gè)直觀的了解，找出哪里應(yīng)力集中容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。

二相對(duì)力學(xué)試驗(yàn)而言，無需花大量時(shí)間準(zhǔn)備試驗(yàn)樣件和開展試驗(yàn)，如疲勞試驗(yàn)試驗(yàn)過程需花費(fèi)大量時(shí)間。此外，對(duì)于一些高職院校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備不是很充分的情況下，有限元模擬仿真節(jié)約了不少成本，并能達(dá)到不錯(cuò)的效果。

以長(zhǎng)桁孔邊應(yīng)力分析為例，通過ABAQUS 有限元軟件模擬結(jié)構(gòu)件鉆孔應(yīng)力情況，結(jié)合課本中的應(yīng)力圖（見圖2），能讓學(xué)生結(jié)構(gòu)件鉆孔附近的應(yīng)力分布和受力后變形， 并且學(xué)生能準(zhǔn)確判斷出在結(jié)構(gòu)件受力加大的情況下，孔邊哪些區(qū)域容易產(chǎn)生裂紋。

三、教學(xué)效果分析

實(shí)踐表明，將工程軟件帶到課堂演示起到了明顯的效果，避免了飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理課程傳統(tǒng)的抽象和枯燥的情況。學(xué)生對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的位置和受力情況有個(gè)較為直觀的理解，同時(shí)在完善的理論學(xué)習(xí)后理解結(jié)構(gòu)損傷失效嚴(yán)重后果，塑造嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿窈铰殬I(yè)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁金昌.實(shí)踐導(dǎo)向的高職教育課程改革與創(chuàng)新[J]. 高等工程教育研究，2015，（01）：119-124.

[2]劉禮平，卿光輝，于洪. 《飛機(jī)結(jié)構(gòu)維修理論與技術(shù)》課程綜合化改革研究[J]. 科技視界，2015，（10）：65+146.

[3]袁慶銘. 淺談工程力學(xué)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理中的應(yīng)用[J]. 航空工程與維修，2000，（05）：22-24.endprint