车辆结构有限元课程探索

胡顺安++尚国瑞++陈庆樟++焦洪宇++赵飞

摘要：汽车工程学院在车辆结构有限元课程教学中成立了教学改革小组，在软硬件方面大力建设，并积极联系企业走好课程探索之路。在教学过程中，有限元分析对象都来自于行业内的汽车零部件，通过故障件和台架对比等方式展開试验教学。积极规划和探索教学试验课程，提高学生学习的兴趣，增加学习该课程的乐趣。

关键词：行业学院；教学改革；汽车零部件；有限元分析；课程探索

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）16-0172-02

汽车工程学院作为常熟理工学院新成立的行业学院，目的是为周边城市和汽车行业输送人才[1]。为了符合企业对人才的要求，开设了车辆结构有限元课程。该课程若只进行软件模拟分析不能使学生对课程有较深的了解。为此，课题小组围绕汽车零部件有限元进行课程探索，与企业进行联合分析、并利用空余时间参与行业培训，与相关设备厂家积极联系，从软硬件上满足教学改革要求。

一、旧模式下的车辆有限元课程

原有车辆有限元课程在软件所用版本较低，操作上比较复杂，所学内容到企业工作后基本用不上。另外，多数教师是由高校毕业后直接任教，缺乏实际应用过程。单纯软件教学，学生学习兴趣不高。

二、车辆有限元课程教学改革方向

学院在课程培训目标上进行较大的教学改革，不仅强调学术理论基础和专业知识，而且对学生在技能操作方面有较多的考核。车辆有限元课程作为教学改革的课程之一，首先成立课题小组，围绕怎么上好课、满足企业对人才的要求、使学生更容易接受课程知识、提高学生学习兴趣和熟练操作等方面进行讨论和探索。

三、车辆结构有限元课程探索内容

（1）成立课题小组。原先课程由一位老师进行上课，其教学经历对该课程有直接影响。为了避免单个教师教学经历带来的局限性，学院成立了课题小组。小组成员由教授、副教授、博士、有企业经历的在职教师和企业在职人员组成，对每一次课程进行详细的设计。

（2）与企业联合开展课程。为了解企业需求，学院利用假期和教师空闲时间，派遣教师深入企业进行相关知识的培训和实际操作培训；并与部分企业联合开展观摩试验教学课程，通过理论和实际学习，加深对该课程的理解。

（3）加强软硬件实力。首先，采用新版软件，并与软件公司积极联系，争取获得更多的高校版节点和相关资源；其次在数据建模上，学院投入资金，购买ATOS三维扫描仪，解决汽车零部件数据建模方面的困难；另外，设立专项经费，建立汽车零部件先进制造实验室，新购2台教师机终端和45台学生机终端，从配置上满足有限元仿真运算要求；学院近期拟对接触全场应变测量仪器进行招标；从软件到硬件环境上满足该课程开展的需求。

（4）探索开发车辆结构有限元试验课程。根据课程大纲要求，重点是将有限元软件仿真结果与实际测量结果进行对比，将理论与实际联合，充分加深学生对该课程的理解，提高学生的学习兴趣。目前开展的试验课程有重型车桥壳理论与实践观摩教学、推力杆故障有限元分析教学。近期还将开展轿车车门理论与试验教学、发动机支架受力分析试验教学、传动轴受扭分析试验教学等试验课程。

四、车辆有限元试验课程介绍

目前开展的试验课程偏少，主要是因为课题组在2016年3月初刚刚成立；另外一些设备和仪器处于项目验收或购买过程中，导致一些试验课程并未实施。目前是已开展的课程主要有以下两个方面：

（1）重型车桥壳理论与实践观摩教学。通过理论课程的操作教学，先确保每位同学能够在软件平台上完成重型车桥壳的有限元仿真分析，由软件观察桥壳几个部位的变形量情况。图1为重型车桥壳台架观摩试验，通过不同载荷加载并记录多个测量监控点位的变形；通过多种载荷进行有限元分析和实际加载过程的对比，了解软件仿真过程和实际测量过程中的各部位变形量情况。

（2）推力杆故障有限元分析教学。由企业提供的推力杆三维，课题小组共同完成的推力杆有限元软件仿真分析。该教学主要是通过有限元软件模拟静力学和屈曲分析[2]，使学生了解推力杆在使用过程中易失效故障部位。

通过软件分析后，由学生讨论推力杆分析可能会发生故障的部位，最后通过推力杆故障图例，如图2所示，分析并讨论结果。通过研究和观察实际故障件的实践教学模式，加深对该课程的认识，让学生意识到该课程的作用和意义。

五、车辆有限元课程试验课程规划和展望

目前，ATOS三维扫描仪已经到位，接触全场应变测量仪器正在招标过程中，待该仪器到位，即将开展轿车车门理论与试验教学、发动机支架受力分析试验教学、传动轴受扭分析试验教学。通过ATOS三维扫描仪对汽车零部件进行逆向设计，采用手持加载仪器对汽车零部件进行加载，然后通过接触全场应变测量仪器对试验的汽车零部件进行应变扫描分析，通过变形或转化后的应力与有限元软件分析情况进行对比。课题小组通过增加有限元试验教学环节，培养学生学习该课程的兴趣，扩大学生的知识面；通过学习该课程，不仅掌握软件操作使用，而且了解如何确认分析结果正确性以及修正过程。

六、总结

学院在开展车辆结构有限元课程方面，通过成立课题小组，在教学改革方面群策群力。并在教学软硬件环境方面大力投资，积极主动与企业联系，开展的课程实例都来自于行业内的汽车零部件，课程与行业实际情况紧密联系；通过实践观摩、故障研究讨论等方式，培养学生的学习兴趣，增加学习的乐趣。并在后期增加了试验课程的课时数，使学生能够更直观的了解该课程和实际受力情况的对比，充分认识到该课程的实用性。

参考论文：

[1]朱士中.应用型本科人才培养的机制与模式创[J].江苏高教，2016，（05）：80-83.

[2]胡顺安，宋建平.重型卡车推力杆设计与校核[J].专用汽车，2012，（02）：78-79.