《舰船结构力学》课程实验教学的改革与实践

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(海军工程大学 船舶与海洋工程系，武汉 430033)

1 课程历史沿革和实验教学现状

“舰船结构力学”课程是我校舰船与海洋工程专业的一门必修课，是重要的学科基础核心课程，始建于1951年。海军工程大学前身大连海军学校第二分校在造船系教育计划中设置了《舰船结构力学》课程，并在造船系组建了《舰船结构力学》学科组，聘请苏联专家来校指导这门课程的教学。学科组和专家首先研究确定在《舰船结构力学》这门大课程下设置《杆与杆系的弯曲》、《板的弯曲和结构稳定性》、《水面舰船结构力学》、《潜艇结构力学》、《舰船振动》五门课。其中《杆与杆系的弯曲》、《板的弯曲和结构稳定性》就是本课程的前身[1-3]。

海军工程大学是国内最早开设船舶结构力学课程的学校。为支援兄弟高校讲授《船舶结构力学》课程，分别向他们输送了师资，或为他们培训了师资。经过几代教员几十年的建设与改革，使课程获得了不断的发展与完善，积累了丰富的资料和宝贵的经验，已形成为一门海军特色十分鲜明的课程， 1991年该课程被评为海军院校首批优秀合格课程。

随着培养计划调整和教学改革的进展，课程由90学时(1992年以前)逐渐减少到70学时(2000年以后)，课程标准和教学计划作了相应调整，课程教学实验课时压缩到仅2学时。此外，由于实验室搬迁、课程实验设备和模型老化，1996年以后停开了学生自主教学实验，仅保留了一个教学演示实验。

2 课程实验教学改革与教学实验设计

在力学理论的发展中，力学实验是检验理论正确性的最重要的手段，结构力学实验曾为结构力学理论的验证和发展作出了重要贡献[4]。对于新型或复杂结构形式、采用新材料的结构以及复杂工作条件下的力学问题，理论分析和数值计算所引入的假设和简化的合理性需要用实验的结果进行校核和验证[5〗。因此，学校和系领导以军队院校本科教学评价为契机，加强实验教学，利用“2110”工程建设资助，建造了100 t静/动液压加载结构试验平台，安装了10 t电伺服万能材料试验机，为加强和改革本课程实验教学打下了基础。

为满足军队院校本科教学评价要求，适应大学训练任务转型及培养高素质新型军事人才需要，课程组开展了《舰船结构力学》课程建设和改革。在实验教学方面，首先从学时上加强，将课程教学实验课时由2学时增加到8学时，并对教学实验进行了精心设计。

舰船与海洋工程专业是一个知识面广、系统性与实践性强的工程应用及研究型的专业，部队对学员的综合素质要求高。针对这一特点，课程组确定教学实验设计原则和理念为：着眼培养目标，立足基础训练，体现专业内涵，反映科学规律。既体现学科专业的整体性，又突出专业基础训练，在进行专业基本能力培训、专业实践训练基础上，培养学员的专业思维与专业技术应用能力，以及独立进行科学研究与实践的能力。为此，课程组设计了3个有代表性教学实验。

1)典型船体梁弯曲变形和应力分布规律测量实验。这是基础性实验，实验目的是使学员了解典型船体梁的弯曲变形和应力分布规律，掌握电测法基本原理，学会应变测量方法和应变片粘贴技术，学会实验数据处理。图1为典型船体梁弯曲实验装置。

图1 船体梁弯曲实验装置

2)板架弯曲试验。这是综合性实验，学员通过编制舰船板架模型的试验方案、测试板架的弯曲应力以及结果分析，提高通过试验解决实际问题的能力和技能，具体达到：①熟悉舰船结构测试过程和主要环节；②熟悉试验方案的编制、测点的选择及测试结果分析；③掌握应变测试技术，提高应变片的选择，贴片、防护、连线和应变仪的使用技能；④验证板架弯曲理论，巩固理论知识。图2为板架弯曲试验装置。

图2 板架弯曲实验装置

3)板的筒形弯曲实验。这是综合性实验。矩形薄板弯曲时，一般在板面的两个相互垂直的方向发生弯曲。但在特定条件下(板的长边远大于板的短边)，矩形板的大部分区域只在一个方向发生弯曲，形成一个筒形面，这种弯曲称为板的筒形弯曲，此时，板的弯曲问题可简化为板条梁的弯曲。这是学员在本课程学习中比较难以理解的知识点之一。为使学员理解并掌握板的筒形弯曲问题，课程组设计了板的筒形弯曲实验，主要目的就是演示板的筒形弯曲现象，验证有限刚性板的筒形弯曲理论，通过实验使学员深刻理解板的筒形弯曲的特点，理解力在结构中的传递。图3为板的筒形弯曲实验装置示意。

图3 板的筒形弯曲实验装置示意

3 实验教学实践与效果

实验教学在舰船结构力学实验室进行。为了保证实验教学效果，真正做到团队协作、人人参与、个个受益，对不同类型的实验采取不同的方法。

船体梁弯曲实验属基础性、技能性实验，采用开放式教学方法。首先由教员集中介绍实验的目的、原理、操作步骤和注意事项，然后学员2-3人为1组分组进行实验。教学计划安排本次实验的时数为两学时，为了使学员有较充足的时间掌握实验方法和应变片粘贴技术，在两周内每个下午实验室都对学员开放，学员按组预约进行实验，实验教员全程陪同指导解惑。每个小组实验的加载次序和载荷值都不相同，避免了实验报告千篇一律和抄袭现象。

板架弯曲实验属综合性实验，计划学时为4学时。首先由教员在课堂布置实验任务；然后学员根据所给板架图纸，进行理论计算，画出弯矩图，作出应力分布规律和危险应力点的分析；根据计算分析结果，编制本组的试验方案。明确试验所要达到的目的，测点位置选取及应变片布置的方向，加载方案等。试验方案确定后，学员在实验室按要求筛选足够的应变片，按试验方案进行贴片，布线。试验准备工作完成后，按预定加载程序加载并进行应变测量。最后，将测量结果与理论计算结果进行分析比较，误差分析并撰写实验报告。

板的筒形弯曲实验属综合性、验证性实验，计划学时为2学时，涉及的仪器设备较多，需要多人协作。将学员分为6人一组，每人一个岗位，团结协作共同完成实验。

通过2005～2008级4期学员的教学实践，实验教学收到了很好的教学效果。学员们普遍反映，实验教学使他们提高了学习“舰船结构力学”课程的兴趣，在课堂上觉得枯燥、难懂的内容在实验中变得生动起来，也容易理解了。特别是两个综合性实验，使他们对舰船结构力学的基本理论和研究方法有了更深认识，提高了今后从事专业工作的兴趣，锻炼了实际动手能力，培养了管理能力和协作精神。大学教学督导组专家对课程实验教学评价为“实验前讲解清晰，实验目的要求明确，步骤清楚，学员现场实作热情高、认真。久违的实验教学，好！”。

[1] 郭日修.《船舶结构力学》在中国开始传播纪实[J].力学与实践，2006，28(2)：91-92.

[2] 郭日修.船舶结构力学在中国的传播和发展[J].力学与实践，2007，29(5)：88-91.

[3] 郭日修.纪念船舶结构力学学科创建100周年[J].力学与实践，2009，31(6)：87-90.

[4] 刘礼华,欧珠光，张宏志，等.以基本内容为核心创建结构力学实验体系[J].理工高教研究，2007，26(1)：116-117.

[5] 倪少玲,宗 智,李海涛,等.重视实验教学提升学生创新能力[J].船海工程，2011(4)：78-81.