飛機結構修理理論教學探究

徐錚　李銳銳

【摘要】高職教學不同于本科教學，以實踐為導向，配合更適應于高職學生的理論教學方法，達到事半功倍的效果。本文對飛機結構修理理論教學提出一種方法，采用數模和有限元相結合的方式幫助和加深學生的理解。

【關鍵詞】高職理論課教學 飛機結構專業 結構修理教學方法探究

【基金項目】民航局教學資源庫建設精品課程。

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）50-0218-01

隨著我國民航業高速發展，對飛機維護和維修的人員也非常緊缺。目前，開設飛機結構修理專業的高等院校不多，僅為一些航空相關本專科院校。高職學生在學情上不同于本科學生[1]，如何尋求與高職學生相匹配的專業課理論教學，真正做到理實一體化，值得探究。

飛機結構修理理論課程具有知識點較為枯燥，知識性理論性很強等特點[2]，涉及的學科方向主要是由工程力學、機械基礎、材料學、航空概論等幾個專業。這些課程在本科教學中會具體開設，但是高職學生由于學時短，基礎相對薄弱，因此尋求合理的飛機結構修理課程理論教學方法，讓學生能夠淺顯易懂并配合實操。本方法是在課堂上采用了三維數模展示及有限元受力分析，其優點是能夠更直觀讓學生了解飛機結構件形狀和位置，結構件受力后應力分布和變形情況，避免了課程學習中會發生的學習枯燥和空間想象差導致學習困難的現象。

一、CATIA數模輔助增進學生對飛機結構的認識

傳統的理論教學以課本知識為主，結合相關視頻讓學生有較為直觀的了解。但是對于飛機結構修理專業而言，由于飛機中結構件眾多，因此僅僅依靠視頻是很難讓學生全面了解。隨著CAD/CAM已經被大部分制造企業所采用，尤其是像航空這類系統性要求高的企業。將CATIA數模引用到課程教學中有以下兩點優勢：

一是在教學過程中通過數模可以獲得飛機中任意結構件形狀和所在位置。傳統教學過于抽象，部分學生空間想象能力較薄弱，平面二維圖對于剛學習結構的學生來說理解相對困難，容易導致對學科的厭學情況，但是采用了三維數模展示方法，能有效的避免這個現象。

二是大部分學生就業除了去民航維修企業外，相當一部分同學加入飛機制造企業，如隨著ARJ21和C919兩個型號的研制，飛機制造商對飛機結構專業學生有大量需求。這些企業均采用了無紙化設計與制造。學生掌握如何利用CATIA 軟件看懂飛機制造裝配的三維數模，將為他們工作也打下良好的基礎。

以蒙皮拼接帶中“修補加強件邊緣不能終止于蒙皮縱向拼接帶”這個知識點為例，。在講授這個知識點之前，很多學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。

通過采用CATIA 數模將拼接帶課堂演示（見圖1右），并結合 SRM飛機結構修理手冊圖片學生能更好的理解拼接帶的作用，處在位置。這樣對于講授的知識點能更好的理解原因，而不是一味記憶。

二、采用限元軟件受力分析演示幫助理解

對飛機結構受力分析，普通本科教育開設材料力學，結構力學甚至是有限元課程[3]。這對于高職學生理論要求過高。但是機務需要對結構受力類型，損傷區域以及損傷后導致結果有一定程度的認知能力。高職學生不能系統學習力學課程，也沒有條件參與破壞性試驗，這其實是對結構學習而言不利的。因此，課堂上通過有限元軟件仿真演示可以有效的彌補這個缺陷，同時還具有如下特點：

一有限元軟件模擬仿真有著非常友好的可視化界面，學習不枯燥，同時可以使得學生對結構受力應力階梯變化有一個直觀的了解，找出哪里應力集中容易導致結構失效。

二相對力學試驗而言，無需花大量時間準備試驗樣件和開展試驗，如疲勞試驗試驗過程需花費大量時間。此外，對于一些高職院校實驗室設備不是很充分的情況下，有限元模擬仿真節約了不少成本，并能達到不錯的效果。

以長桁孔邊應力分析為例，通過ABAQUS 有限元軟件模擬結構件鉆孔應力情況，結合課本中的應力圖（見圖2），能讓學生結構件鉆孔附近的應力分布和受力后變形， 并且學生能準確判斷出在結構件受力加大的情況下，孔邊哪些區域容易產生裂紋。

三、教學效果分析

實踐表明，將工程軟件帶到課堂演示起到了明顯的效果，避免了飛機結構修理課程傳統的抽象和枯燥的情況。學生對飛機結構件的位置和受力情況有個較為直觀的理解，同時在完善的理論學習后理解結構損傷失效嚴重后果，塑造嚴謹的民航職業素養。

參考文獻：

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

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

[3]袁慶銘. 淺談工程力學在飛機結構修理中的應用[J]. 航空工程與維修，2000，（05）：22-24.endprint