導(dǎo)語(yǔ)：航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度與振動(dòng)教改探析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文分析了航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度與振動(dòng)課程的特點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)自主設(shè)計(jì)研制對(duì)綜合型人才的強(qiáng)烈需求背景，提出了課程教改措施。通過(guò)將授課內(nèi)涵從傳統(tǒng)以理論公式推導(dǎo)的分析模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐越Y(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料選材、減重以及強(qiáng)度準(zhǔn)則為核心內(nèi)涵的設(shè)計(jì)模式，從而培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科交叉思維。由于在授課過(guò)程中融入了現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)行業(yè)背景，并將解決問(wèn)題作為突出導(dǎo)向，輔以專用和通用軟件，使得死板的理論推導(dǎo)課提升為實(shí)用性、創(chuàng)新性、多學(xué)科性的綜合講解和實(shí)踐，提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)；強(qiáng)度；教學(xué)；多媒體

一、以設(shè)計(jì)題為牽引

傳統(tǒng)上，教師利用板書或者多媒體進(jìn)行教學(xué)，通過(guò)將發(fā)動(dòng)機(jī)典型結(jié)構(gòu)抽象為相對(duì)簡(jiǎn)單的模型，進(jìn)行受力分析，完成強(qiáng)度和振動(dòng)計(jì)算公式推導(dǎo)。以葉片強(qiáng)度分析為例，授課過(guò)程涉及發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、葉輪機(jī)械、材料力學(xué)、理論力學(xué)等先修課程，難度很高，不利于學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)力學(xué)知識(shí)的深刻掌握。為此，在傳統(tǒng)教學(xué)基礎(chǔ)上，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度與振動(dòng)教授過(guò)程過(guò)于強(qiáng)調(diào)理論推導(dǎo)的教學(xué)方式，設(shè)計(jì)一些以實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向的綜合題顯得十分必要。以輪盤強(qiáng)度為例，首先通過(guò)理論推導(dǎo)，使得學(xué)生掌握等厚輪盤徑向應(yīng)力和周向應(yīng)力分布規(guī)律。由于實(shí)際輪盤形狀較多，幾乎不存在等厚盤，而以輻板形、雙曲形、環(huán)形等結(jié)構(gòu)形式存在，需要進(jìn)行分段積分計(jì)算。為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，課程設(shè)計(jì)中加入了有限元計(jì)算方法，從而可以使學(xué)生能在掌握解析方法的基礎(chǔ)上，對(duì)照數(shù)值模擬結(jié)果，增強(qiáng)解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，由于輪盤設(shè)計(jì)參數(shù)較多，有中心孔厚度和直徑、盤外緣直徑、輻板厚度、倒角等特征，所設(shè)計(jì)的綜合題目需要利用本課堂傳統(tǒng)理論知識(shí)和其他學(xué)科知識(shí)進(jìn)行輪盤設(shè)計(jì)。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了“航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤強(qiáng)度設(shè)計(jì)”綜合題進(jìn)行專題授課，包含以下步驟：

（1）輪盤總體參數(shù)確定方法，與航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能、結(jié)構(gòu)布局相關(guān)。例如，盤緣切向速度決定了發(fā)動(dòng)機(jī)做功能力，但又與輪盤整體應(yīng)力水平密切相關(guān)。

（2）輪盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，存在多個(gè)影響強(qiáng)度的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。為此，設(shè)計(jì)了采用有限元分析不同中心孔直徑、厚度、輻板厚度等多個(gè)參數(shù)對(duì)輪盤應(yīng)力水平和重量的影響，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，包含應(yīng)力、安全系數(shù)、重量等權(quán)重的綜合考慮，給出分析結(jié)果，發(fā)揮主觀能動(dòng)性。

（3）復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)材料的選擇，是我國(guó)高等工科教育的薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，通常仿制過(guò)程中已獲知了結(jié)構(gòu)材料，不需要工程人員進(jìn)行材料選擇。由于對(duì)材料性能的掌握不足，使得對(duì)材料綜合性能要求十分嚴(yán)格的航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，所培養(yǎng)的工程人員經(jīng)常不能合理選擇材料。為此，在發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤強(qiáng)度設(shè)計(jì)綜合專題，評(píng)述不同溫度、載荷下對(duì)不同材料性能的指標(biāo)要求。通過(guò)以上教學(xué)環(huán)境的改進(jìn)，逐步把傳統(tǒng)分析為主的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷?qiáng)度分析過(guò)程僅作為設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，緊密結(jié)合工程實(shí)踐需要，將教學(xué)過(guò)程拓展為包含結(jié)構(gòu)總體和局部設(shè)計(jì)、材料選擇、應(yīng)力分析、強(qiáng)度評(píng)價(jià)等諸多設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)模式，以“設(shè)計(jì)”取代傳統(tǒng)“分析”作為教學(xué)驅(qū)動(dòng)力。

二、理論知識(shí)與專業(yè)軟件/通用軟件相結(jié)合

航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度與振動(dòng)涉及公式繁雜，尤其對(duì)于變截面零件，通常需要數(shù)值積分才能求解。隨著有限元軟件的廣泛普及，將商用有限元軟件作為重要工具，是培養(yǎng)新時(shí)代工程師的必然選擇。因此，在教授理論知識(shí)的同時(shí)，注重使用有限元與課堂實(shí)例的結(jié)合，使學(xué)生感受到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的魅力。此外，單靠課堂上的理論公式推導(dǎo)以及案例講解難以引起學(xué)習(xí)興趣，利用所學(xué)知識(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子零件幾何外形、載荷等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)目標(biāo)的影響規(guī)律分析顯得尤其重要。我們借鑒了美國(guó)辛辛那提大學(xué)專門為發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化教學(xué)開發(fā)設(shè)計(jì)的Taxi-Disc和Tax-i-blade等教學(xué)軟件。以輪盤強(qiáng)度為例，通過(guò)該軟件，預(yù)設(shè)輪盤基本幾何約束條件、應(yīng)力準(zhǔn)則，可以設(shè)計(jì)并優(yōu)化不同目標(biāo)時(shí)的輪盤外形，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和課堂參與度。

三、工程問(wèn)題啟發(fā)式教學(xué)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動(dòng)對(duì)象極為復(fù)雜，力學(xué)基礎(chǔ)要求很高，公式推導(dǎo)繁復(fù)，采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，教授過(guò)程十分枯燥乏味。學(xué)生不能從所學(xué)知識(shí)中體會(huì)到解決問(wèn)題的快樂(lè)，更多的是一種應(yīng)付考試的心態(tài)，達(dá)不到用心學(xué)習(xí)的目的。解決這一問(wèn)題的核心，就是要設(shè)置更多的啟發(fā)式問(wèn)題。為此，收集了一些國(guó)內(nèi)外發(fā)生的事故案例，并與發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)所、維修廠等進(jìn)行溝通，尋找發(fā)動(dòng)機(jī)典型結(jié)構(gòu)件在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮的因素以及服役過(guò)程中存在的關(guān)鍵問(wèn)題，突出從已經(jīng)發(fā)生的慘痛飛行教訓(xùn)中引導(dǎo)學(xué)生思考。例如，在進(jìn)行輪盤強(qiáng)度教學(xué)時(shí)，以美國(guó)1989年蘇城空難發(fā)生的輪盤微小缺陷引起的事故進(jìn)行提問(wèn)教學(xué)，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，從缺陷位置、應(yīng)力水平估計(jì)、材料微缺陷、疲勞性能等多個(gè)方面入手，達(dá)到提高學(xué)習(xí)興趣的目的。又如，利用工廠提供的含掉角的故障葉片，引導(dǎo)學(xué)生分析葉片振動(dòng)模態(tài)，增加學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的滿足感和成就感，體會(huì)學(xué)習(xí)樂(lè)趣的同時(shí)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和解決問(wèn)題的能力。

四、小結(jié)與建議

航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動(dòng)是一門理論性、實(shí)踐性、綜合性都很強(qiáng)的專業(yè)課程。隨著國(guó)家對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)自主研制的迫切需求，采用傳統(tǒng)教學(xué)方法不能滿足綜合性、高素質(zhì)人才培養(yǎng)的需要，提出課程教改措施勢(shì)在必行。因此，我們提出要將傳統(tǒng)枯燥乏味的推導(dǎo)、已有簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)分析為主的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)槿诤蟼鹘y(tǒng)分析的同時(shí)更加注重學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)總體布局、細(xì)節(jié)尺寸設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、優(yōu)化與減重、材料選擇等諸多方面均貫徹啟發(fā)式的強(qiáng)度與振動(dòng)理念，并輔以專用或通用軟件進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度振動(dòng)分析對(duì)比和設(shè)計(jì)，達(dá)到實(shí)用型、綜合型、創(chuàng)新型的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]斯庫(kù)巴切夫斯基.航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)零件結(jié)構(gòu)與計(jì)算[M].國(guó)防工業(yè)出版社,1992.

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作者:胡曉安 丁相玉 單位:南昌航空大學(xué)