飞机结构修理理论教学探究

徐铮　李锐锐

【摘要】高职教学不同于本科教学，以实践为导向，配合更适应于高职学生的理论教学方法，达到事半功倍的效果。本文对飞机结构修理理论教学提出一种方法，采用数模和有限元相结合的方式帮助和加深学生的理解。

【关键词】高职理论课教学 飞机结构专业 结构修理教学方法探究

【基金项目】民航局教学资源库建设精品课程。

【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）50-0218-01

随着我国民航业高速发展，对飞机维护和维修的人员也非常紧缺。目前，开设飞机结构修理专业的高等院校不多，仅为一些航空相关本专科院校。高职学生在学情上不同于本科学生[1]，如何寻求与高职学生相匹配的专业课理论教学，真正做到理实一体化，值得探究。

飞机结构修理理论课程具有知识点较为枯燥，知识性理论性很强等特点[2]，涉及的學科方向主要是由工程力学、机械基础、材料学、航空概论等几个专业。这些课程在本科教学中会具体开设，但是高职学生由于学时短，基础相对薄弱，因此寻求合理的飞机结构修理课程理论教学方法，让学生能够浅显易懂并配合实操。本方法是在课堂上采用了三维数模展示及有限元受力分析，其优点是能够更直观让学生了解飞机结构件形状和位置，结构件受力后应力分布和变形情况，避免了课程学习中会发生的学习枯燥和空间想象差导致学习困难的现象。

一、CATIA数模辅助增进学生对飞机结构的认识

传统的理论教学以课本知识为主，结合相关视频让学生有较为直观的了解。但是对于飞机结构修理专业而言，由于飞机中结构件众多，因此仅仅依靠视频是很难让学生全面了解。随着CAD/CAM已经被大部分制造企业所采用，尤其是像航空这类系统性要求高的企业。将CATIA数模引用到课程教学中有以下两点优势：

一是在教学过程中通过数模可以获得飞机中任意结构件形状和所在位置。传统教学过于抽象，部分学生空间想象能力较薄弱，平面二维图对于刚学习结构的学生来说理解相对困难，容易导致对学科的厌学情况，但是采用了三维数模展示方法，能有效的避免这个现象。

二是大部分学生就业除了去民航维修企业外，相当一部分同学加入飞机制造企业，如随着ARJ21和C919两个型号的研制，飞机制造商对飞机结构专业学生有大量需求。这些企业均采用了无纸化设计与制造。学生掌握如何利用CATIA 软件看懂飞机制造装配的三维数模，将为他们工作也打下良好的基础。

以蒙皮拼接带中“修补加强件边缘不能终止于蒙皮纵向拼接带”这个知识点为例，。在讲授这个知识点之前，很多学生并没有接触过拼接带（见图1左），因此并不能很好的接受知识。

通过采用CATIA 数模将拼接带课堂演示（见图1右），并结合 SRM飞机结构修理手册图片学生能更好的理解拼接带的作用，处在位置。这样对于讲授的知识点能更好的理解原因，而不是一味记忆。

二、采用限元软件受力分析演示帮助理解

对飞机结构受力分析，普通本科教育开设材料力学，结构力学甚至是有限元课程[3]。这对于高职学生理论要求过高。但是机务需要对结构受力类型，损伤区域以及损伤后导致结果有一定程度的认知能力。高职学生不能系统学习力学课程，也没有条件参与破坏性试验，这其实是对结构学习而言不利的。因此，课堂上通过有限元软件仿真演示可以有效的弥补这个缺陷，同时还具有如下特点：

一有限元软件模拟仿真有着非常友好的可视化界面，学习不枯燥，同时可以使得学生对结构受力应力阶梯变化有一个直观的了解，找出哪里应力集中容易导致结构失效。

二相对力学试验而言，无需花大量时间准备试验样件和开展试验，如疲劳试验试验过程需花费大量时间。此外，对于一些高职院校实验室设备不是很充分的情况下，有限元模拟仿真节约了不少成本，并能达到不错的效果。

以长桁孔边应力分析为例，通过ABAQUS 有限元软件模拟结构件钻孔应力情况，结合课本中的应力图（见图2），能让学生结构件钻孔附近的应力分布和受力后变形， 并且学生能准确判断出在结构件受力加大的情况下，孔边哪些区域容易产生裂纹。

三、教学效果分析

实践表明，将工程软件带到课堂演示起到了明显的效果，避免了飞机结构修理课程传统的抽象和枯燥的情况。学生对飞机结构件的位置和受力情况有个较为直观的理解，同时在完善的理论学习后理解结构损伤失效严重后果，塑造严谨的民航职业素养。

参考文献：

[1]丁金昌.实践导向的高职教育课程改革与创新[J]. 高等工程教育研究，2015，（01）：119-124.

[2]刘礼平，卿光辉，于洪. 《飞机结构维修理论与技术》课程综合化改革研究[J]. 科技视界，2015，（10）：65+146.

[3]袁庆铭. 浅谈工程力学在飞机结构修理中的应用[J]. 航空工程与维修，2000，（05）：22-24.