車(chē)輛結(jié)構(gòu)有限元課程探索

胡順安++尚國(guó)瑞++陳慶樟++焦洪宇++趙飛

摘要：汽車(chē)工程學(xué)院在車(chē)輛結(jié)構(gòu)有限元課程教學(xué)中成立了教學(xué)改革小組，在軟硬件方面大力建設(shè)，并積極聯(lián)系企業(yè)走好課程探索之路。在教學(xué)過(guò)程中，有限元分析對(duì)象都來(lái)自于行業(yè)內(nèi)的汽車(chē)零部件，通過(guò)故障件和臺(tái)架對(duì)比等方式展開(kāi)試驗(yàn)教學(xué)。積極規(guī)劃和探索教學(xué)試驗(yàn)課程，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增加學(xué)習(xí)該課程的樂(lè)趣。

關(guān)鍵詞：行業(yè)學(xué)院；教學(xué)改革；汽車(chē)零部件；有限元分析；課程探索

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）16-0172-02

汽車(chē)工程學(xué)院作為常熟理工學(xué)院新成立的行業(yè)學(xué)院，目的是為周邊城市和汽車(chē)行業(yè)輸送人才[1]。為了符合企業(yè)對(duì)人才的要求，開(kāi)設(shè)了車(chē)輛結(jié)構(gòu)有限元課程。該課程若只進(jìn)行軟件模擬分析不能使學(xué)生對(duì)課程有較深的了解。為此，課題小組圍繞汽車(chē)零部件有限元進(jìn)行課程探索，與企業(yè)進(jìn)行聯(lián)合分析、并利用空余時(shí)間參與行業(yè)培訓(xùn)，與相關(guān)設(shè)備廠家積極聯(lián)系，從軟硬件上滿(mǎn)足教學(xué)改革要求。

一、舊模式下的車(chē)輛有限元課程

原有車(chē)輛有限元課程在軟件所用版本較低，操作上比較復(fù)雜，所學(xué)內(nèi)容到企業(yè)工作后基本用不上。另外，多數(shù)教師是由高校畢業(yè)后直接任教，缺乏實(shí)際應(yīng)用過(guò)程。單純軟件教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。

二、車(chē)輛有限元課程教學(xué)改革方向

學(xué)院在課程培訓(xùn)目標(biāo)上進(jìn)行較大的教學(xué)改革，不僅強(qiáng)調(diào)學(xué)術(shù)理論基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而且對(duì)學(xué)生在技能操作方面有較多的考核。車(chē)輛有限元課程作為教學(xué)改革的課程之一，首先成立課題小組，圍繞怎么上好課、滿(mǎn)足企業(yè)對(duì)人才的要求、使學(xué)生更容易接受課程知識(shí)、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熟練操作等方面進(jìn)行討論和探索。

三、車(chē)輛結(jié)構(gòu)有限元課程探索內(nèi)容

（1）成立課題小組。原先課程由一位老師進(jìn)行上課，其教學(xué)經(jīng)歷對(duì)該課程有直接影響。為了避免單個(gè)教師教學(xué)經(jīng)歷帶來(lái)的局限性，學(xué)院成立了課題小組。小組成員由教授、副教授、博士、有企業(yè)經(jīng)歷的在職教師和企業(yè)在職人員組成，對(duì)每一次課程進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。

（2）與企業(yè)聯(lián)合開(kāi)展課程。為了解企業(yè)需求，學(xué)院利用假期和教師空閑時(shí)間，派遣教師深入企業(yè)進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)和實(shí)際操作培訓(xùn)；并與部分企業(yè)聯(lián)合開(kāi)展觀摩試驗(yàn)教學(xué)課程，通過(guò)理論和實(shí)際學(xué)習(xí)，加深對(duì)該課程的理解。

（3）加強(qiáng)軟硬件實(shí)力。首先，采用新版軟件，并與軟件公司積極聯(lián)系，爭(zhēng)取獲得更多的高校版節(jié)點(diǎn)和相關(guān)資源；其次在數(shù)據(jù)建模上，學(xué)院投入資金，購(gòu)買(mǎi)ATOS三維掃描儀，解決汽車(chē)零部件數(shù)據(jù)建模方面的困難；另外，設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，建立汽車(chē)零部件先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室，新購(gòu)2臺(tái)教師機(jī)終端和45臺(tái)學(xué)生機(jī)終端，從配置上滿(mǎn)足有限元仿真運(yùn)算要求；學(xué)院近期擬對(duì)接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量?jī)x器進(jìn)行招標(biāo)；從軟件到硬件環(huán)境上滿(mǎn)足該課程開(kāi)展的需求。

（4）探索開(kāi)發(fā)車(chē)輛結(jié)構(gòu)有限元試驗(yàn)課程。根據(jù)課程大綱要求，重點(diǎn)是將有限元軟件仿真結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，將理論與實(shí)際聯(lián)合，充分加深學(xué)生對(duì)該課程的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。目前開(kāi)展的試驗(yàn)課程有重型車(chē)橋殼理論與實(shí)踐觀摩教學(xué)、推力桿故障有限元分析教學(xué)。近期還將開(kāi)展轎車(chē)車(chē)門(mén)理論與試驗(yàn)教學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)支架受力分析試驗(yàn)教學(xué)、傳動(dòng)軸受扭分析試驗(yàn)教學(xué)等試驗(yàn)課程。

四、車(chē)輛有限元試驗(yàn)課程介紹

目前開(kāi)展的試驗(yàn)課程偏少，主要是因?yàn)檎n題組在2016年3月初剛剛成立；另外一些設(shè)備和儀器處于項(xiàng)目驗(yàn)收或購(gòu)買(mǎi)過(guò)程中，導(dǎo)致一些試驗(yàn)課程并未實(shí)施。目前是已開(kāi)展的課程主要有以下兩個(gè)方面：

（1）重型車(chē)橋殼理論與實(shí)踐觀摩教學(xué)。通過(guò)理論課程的操作教學(xué)，先確保每位同學(xué)能夠在軟件平臺(tái)上完成重型車(chē)橋殼的有限元仿真分析，由軟件觀察橋殼幾個(gè)部位的變形量情況。圖1為重型車(chē)橋殼臺(tái)架觀摩試驗(yàn)，通過(guò)不同載荷加載并記錄多個(gè)測(cè)量監(jiān)控點(diǎn)位的變形；通過(guò)多種載荷進(jìn)行有限元分析和實(shí)際加載過(guò)程的對(duì)比，了解軟件仿真過(guò)程和實(shí)際測(cè)量過(guò)程中的各部位變形量情況。

（2）推力桿故障有限元分析教學(xué)。由企業(yè)提供的推力桿三維，課題小組共同完成的推力桿有限元軟件仿真分析。該教學(xué)主要是通過(guò)有限元軟件模擬靜力學(xué)和屈曲分析[2]，使學(xué)生了解推力桿在使用過(guò)程中易失效故障部位。

通過(guò)軟件分析后，由學(xué)生討論推力桿分析可能會(huì)發(fā)生故障的部位，最后通過(guò)推力桿故障圖例，如圖2所示，分析并討論結(jié)果。通過(guò)研究和觀察實(shí)際故障件的實(shí)踐教學(xué)模式，加深對(duì)該課程的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生意識(shí)到該課程的作用和意義。

五、車(chē)輛有限元課程試驗(yàn)課程規(guī)劃和展望

目前，ATOS三維掃描儀已經(jīng)到位，接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量?jī)x器正在招標(biāo)過(guò)程中，待該儀器到位，即將開(kāi)展轎車(chē)車(chē)門(mén)理論與試驗(yàn)教學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)支架受力分析試驗(yàn)教學(xué)、傳動(dòng)軸受扭分析試驗(yàn)教學(xué)。通過(guò)ATOS三維掃描儀對(duì)汽車(chē)零部件進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，采用手持加載儀器對(duì)汽車(chē)零部件進(jìn)行加載，然后通過(guò)接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量?jī)x器對(duì)試驗(yàn)的汽車(chē)零部件進(jìn)行應(yīng)變掃描分析，通過(guò)變形或轉(zhuǎn)化后的應(yīng)力與有限元軟件分析情況進(jìn)行對(duì)比。課題小組通過(guò)增加有限元試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面；通過(guò)學(xué)習(xí)該課程，不僅掌握軟件操作使用，而且了解如何確認(rèn)分析結(jié)果正確性以及修正過(guò)程。

六、總結(jié)

學(xué)院在開(kāi)展車(chē)輛結(jié)構(gòu)有限元課程方面，通過(guò)成立課題小組，在教學(xué)改革方面群策群力。并在教學(xué)軟硬件環(huán)境方面大力投資，積極主動(dòng)與企業(yè)聯(lián)系，開(kāi)展的課程實(shí)例都來(lái)自于行業(yè)內(nèi)的汽車(chē)零部件，課程與行業(yè)實(shí)際情況緊密聯(lián)系；通過(guò)實(shí)踐觀摩、故障研究討論等方式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。并在后期增加了試驗(yàn)課程的課時(shí)數(shù)，使學(xué)生能夠更直觀的了解該課程和實(shí)際受力情況的對(duì)比，充分認(rèn)識(shí)到該課程的實(shí)用性。

參考論文：

[1]朱士中.應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的機(jī)制與模式創(chuàng)[J].江蘇高教，2016，（05）：80-83.

[2]胡順安，宋建平.重型卡車(chē)推力桿設(shè)計(jì)與校核[J].專(zhuān)用汽車(chē)，2012，（02）：78-79.