車輛結構有限元課程探索

胡順安++尚國瑞++陳慶樟++焦洪宇++趙飛

摘要：汽車工程學院在車輛結構有限元課程教學中成立了教學改革小組，在軟硬件方面大力建設，并積極聯(lián)系企業(yè)走好課程探索之路。在教學過程中，有限元分析對象都來自于行業(yè)內的汽車零部件，通過故障件和臺架對比等方式展開試驗教學。積極規(guī)劃和探索教學試驗課程，提高學生學習的興趣，增加學習該課程的樂趣。

關鍵詞：行業(yè)學院；教學改革；汽車零部件；有限元分析；課程探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）16-0172-02

汽車工程學院作為常熟理工學院新成立的行業(yè)學院，目的是為周邊城市和汽車行業(yè)輸送人才[1]。為了符合企業(yè)對人才的要求，開設了車輛結構有限元課程。該課程若只進行軟件模擬分析不能使學生對課程有較深的了解。為此，課題小組圍繞汽車零部件有限元進行課程探索，與企業(yè)進行聯(lián)合分析、并利用空余時間參與行業(yè)培訓，與相關設備廠家積極聯(lián)系，從軟硬件上滿足教學改革要求。

一、舊模式下的車輛有限元課程

原有車輛有限元課程在軟件所用版本較低，操作上比較復雜，所學內容到企業(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，缺乏實際應用過程。單純軟件教學，學生學習興趣不高。

二、車輛有限元課程教學改革方向

學院在課程培訓目標上進行較大的教學改革，不僅強調學術理論基礎和專業(yè)知識，而且對學生在技能操作方面有較多的考核。車輛有限元課程作為教學改革的課程之一，首先成立課題小組，圍繞怎么上好課、滿足企業(yè)對人才的要求、使學生更容易接受課程知識、提高學生學習興趣和熟練操作等方面進行討論和探索。

三、車輛結構有限元課程探索內容

（1）成立課題小組。原先課程由一位老師進行上課，其教學經歷對該課程有直接影響。為了避免單個教師教學經歷帶來的局限性，學院成立了課題小組。小組成員由教授、副教授、博士、有企業(yè)經歷的在職教師和企業(yè)在職人員組成，對每一次課程進行詳細的設計。

（2）與企業(yè)聯(lián)合開展課程。為了解企業(yè)需求，學院利用假期和教師空閑時間，派遣教師深入企業(yè)進行相關知識的培訓和實際操作培訓；并與部分企業(yè)聯(lián)合開展觀摩試驗教學課程，通過理論和實際學習，加深對該課程的理解。

（3）加強軟硬件實力。首先，采用新版軟件，并與軟件公司積極聯(lián)系，爭取獲得更多的高校版節(jié)點和相關資源；其次在數(shù)據(jù)建模上，學院投入資金，購買ATOS三維掃描儀，解決汽車零部件數(shù)據(jù)建模方面的困難；另外，設立專項經費，建立汽車零部件先進制造實驗室，新購2臺教師機終端和45臺學生機終端，從配置上滿足有限元仿真運算要求；學院近期擬對接觸全場應變測量儀器進行招標；從軟件到硬件環(huán)境上滿足該課程開展的需求。

（4）探索開發(fā)車輛結構有限元試驗課程。根據(jù)課程大綱要求，重點是將有限元軟件仿真結果與實際測量結果進行對比，將理論與實際聯(lián)合，充分加深學生對該課程的理解，提高學生的學習興趣。目前開展的試驗課程有重型車橋殼理論與實踐觀摩教學、推力桿故障有限元分析教學。近期還將開展轎車車門理論與試驗教學、發(fā)動機支架受力分析試驗教學、傳動軸受扭分析試驗教學等試驗課程。

四、車輛有限元試驗課程介紹

目前開展的試驗課程偏少，主要是因為課題組在2016年3月初剛剛成立；另外一些設備和儀器處于項目驗收或購買過程中，導致一些試驗課程并未實施。目前是已開展的課程主要有以下兩個方面：

（1）重型車橋殼理論與實踐觀摩教學。通過理論課程的操作教學，先確保每位同學能夠在軟件平臺上完成重型車橋殼的有限元仿真分析，由軟件觀察橋殼幾個部位的變形量情況。圖1為重型車橋殼臺架觀摩試驗，通過不同載荷加載并記錄多個測量監(jiān)控點位的變形；通過多種載荷進行有限元分析和實際加載過程的對比，了解軟件仿真過程和實際測量過程中的各部位變形量情況。

（2）推力桿故障有限元分析教學。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。該教學主要是通過有限元軟件模擬靜力學和屈曲分析[2]，使學生了解推力桿在使用過程中易失效故障部位。

通過軟件分析后，由學生討論推力桿分析可能會發(fā)生故障的部位，最后通過推力桿故障圖例，如圖2所示，分析并討論結果。通過研究和觀察實際故障件的實踐教學模式，加深對該課程的認識，讓學生意識到該課程的作用和意義。

五、車輛有限元課程試驗課程規(guī)劃和展望

目前，ATOS三維掃描儀已經到位，接觸全場應變測量儀器正在招標過程中，待該儀器到位，即將開展轎車車門理論與試驗教學、發(fā)動機支架受力分析試驗教學、傳動軸受扭分析試驗教學。通過ATOS三維掃描儀對汽車零部件進行逆向設計，采用手持加載儀器對汽車零部件進行加載，然后通過接觸全場應變測量儀器對試驗的汽車零部件進行應變掃描分析，通過變形或轉化后的應力與有限元軟件分析情況進行對比。課題小組通過增加有限元試驗教學環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生學習該課程的興趣，擴大學生的知識面；通過學習該課程，不僅掌握軟件操作使用，而且了解如何確認分析結果正確性以及修正過程。

六、總結

學院在開展車輛結構有限元課程方面，通過成立課題小組，在教學改革方面群策群力。并在教學軟硬件環(huán)境方面大力投資，積極主動與企業(yè)聯(lián)系，開展的課程實例都來自于行業(yè)內的汽車零部件，課程與行業(yè)實際情況緊密聯(lián)系；通過實踐觀摩、故障研究討論等方式，培養(yǎng)學生的學習興趣，增加學習的樂趣。并在后期增加了試驗課程的課時數(shù)，使學生能夠更直觀的了解該課程和實際受力情況的對比，充分認識到該課程的實用性。

參考論文：

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

[2]胡順安，宋建平.重型卡車推力桿設計與校核[J].專用汽車，2012，（02）：78-79.