数值模拟实验技术在“工程结构”教学中的应用研究

2020-01-08黄世鸿

科学咨询 2020年7期

黄世鸿

（广西财经学院广西南宁 530003）

数值模拟实验技术主要是指借助计算机技术，建立一个能够反映问题本质的数学模型，通过计算机运行数学模型的方式，寻求高效率、高质量、高准确度的计算方式，在上述理论思路下完成对程序的编制，并完成计算验证。可以说，在工程结构问题上，由于结构问题具有隐患性和抽象性，教师若是单纯开展理论教学，或是让学生自己对问题进行深入探究和分析，所能达到的教学效果有限。然而，教师若是导入直观的数据来证明工程结构的理论知识，则可以很好地提升教学质量，建立具有实践应用操作能力的工程结构安全人才队伍。

一、工程结构课的教学现状

工程结构课是建筑等专业的基础性课程，其主要是展开对建筑结构本质的理论教学，从而提高学生对建筑行业的实践操作能力。建筑是百年大计。建筑工程的施工质量安全问题影响着人们的生命财产安全，更影响着社会的经济发展和社会稳定。过去频繁的建筑安全问题已经给我国带来了巨大的消极影响。然而，问题出现的本质，归根究底是因为设计不合格所带来的。建筑工程结构课正是展开建筑设计的根本所在。可以说，建筑工程结构课教学直接影响着建筑行业学生的学习效果，对国家未来建筑行业的质量安全有着很大的作用。但是，在传统教学理念以及教学工具的影响下，工程结构课的教学效率和教学效果并不乐观。以建筑工程结构课的教学目标为例，其要求学生能够拥有专项能力，具备对常见建筑结构的认知能力，对各种建筑结构的荷载能力以及荷载组合能力能进行选定和判断，还要求能确定结构计算简图与具备内力计算能力，由此展开建筑施工材料的选定，更好地处理建筑工程中的基本构件设计和组合问题。但是，在传统的课堂教学活动中，课堂采用的教学方式较为单一，主要是依靠学生自己的计算能力以及专业素养展开对工程结构内容的练习和学习。事实上，这种陈旧的教学理念和教学方式导致建筑工程专业学生的实践实训能力有限，并不能展开精准的结构数据的计算和选择。同时，这种方式还要求学生在数学计算方面具有较强的能力，能选择最合适的数学计算方式展开高效率的工程结构承载力计算。这无疑是给建筑专业教学带来了挑战和压力，也影响着建筑行业所培养人才的专业情况。对此，我们要寻求现代教育技术的帮助，导入一些行业技术手段来实施教学。这样才能有效攻克教学难题，提高工程结构课的教学质量和效率。[1]

二、数值模拟实验技术在工程结构课中的应用探索

文章前面已经分析了数值模拟实验技术的原理以及其在工程结构课中应用的价值。当前，在建筑工程结构课的教学创新探索中，本文以建筑工程结构课中的基本构件设计与验算的能力教学培养环节为例，实现了数值模拟实验技术的具体应用。

首先，确定能力的教学目标。要求教师展开对砼受弯构件正截面承载计算能力的教学应用。确定能够根据钢筋砼受弯构件的实际施工情况，展开对正截面承载力的设计计算，并由这些相关数据展开施工图的绘制。

其次，展开数值模拟实验技术的应用流程教学。在工程结构图教学中，教师要能展开数值模拟实验技术理论教学，确保学生能够完成计算机操作，懂得如何打开并且进入到该技术中，导入建筑工程的相关要求和内容。然后，教师要在课堂中对相关的结构承载力条件因素进行确定。比如，学生要知道工程基本构件中，哪一些构件是起到主要承载力的作用，哪一些构件是起到影响的作用，而影响的几率大小又是多少。例如，学生要知道在钢筋砼受弯构件中，简支梁截面的尺寸大小对整个建筑工程结构的承载力和美观性都有影响。因此，在计算中，学生要能先确定所要展开计算的未知条件。[2]

再次，导入数值模拟实验技术流程。基于数值模拟的出发点，展开对建筑结构中能够反映各个构件基本问题的微分方程以及相应定解条件的确定，进行数学模式的初步确定。选择高效率、高准确度的计算方式。在当前的计算机发展中，其已经不仅仅能利用微积分方程的离散化方法及求解方式，还可以利用贴体坐标的建立、边界条件的处理展开对建筑工程结构各个模拟问题的解答。确定完采用哪些方式之后，我们就可以开始编制程序进行计算。由于所构建的数学模型以及采用的计算方式所呈现出来的是一个非线性的复杂的方程，因此，其在数值的求解结果上呈现出不完善性。因此，我们要求再次通过实验的方式加以验证。

最后，对建筑工程结构的计算以及验证。展开建筑工程结构图的绘制，由此加强学生对建筑行业专业核心技能的学习和操作。本文的实践应用探索旨在能为其他专业学科中的教学重难点环节起到指导和借鉴的作用。