有限元研究技术在机械专业学生实践教学改革中应用

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1、有限元研究技术在机械专业学生实践教学改革中应用　　摘要：机械专业学生工程实践能力的培养和提高是当今工科院校人才培养的重点。在现有人才培养体系基础上，融有限元分析技术于专业认知教育、课程设计、毕业设计和实验教学等实践教学改革活动中，达到拓宽学生专业知识面和熟练使用CAE软件进行工程实际分析的目的，培养和提高学生的工程实践能力，增强学生的就业核心竞争力。关键词：有限元分析技术；机械专业；工程实践能力；教学改革作者简介：黄霞（1977-），女，四川射洪人，重庆理工大学机械工程学院，讲师；丁军（1978-），男，重庆人，重庆理工大学机械工程学院，副教授。（重庆400054）基金

2、项目：本文系重庆理工大学2013年高等教育教学改革研究课题（课题编号：2013YB04）的研究成果。中图分类号：G642.423文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）05-0179-017工科学生特别是机械专业学生工程实践能力的培养是当今工科院校人才培养的重点和核心，为培养出能快速适应企业产品研发设计和加工制造等生产实际环节的应用型人才，必须在四年大学本科教育过程中塑造和提高学生的工程实际能力。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》、《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高[2012]4号）和《教育部等部门关于进一步加强高校

3、实践育人的若干意见》（教思政[2012]1号）等国家和教育部文件都明确强调高等工科院校要十分重视学生工程实践能力的培养。[1，2]在当今世界产业结构重新调整，世界重要工业发达国家重新回归高新技术制造业时代，先进设计、分析和制造技术在我国加快培育战略性新兴产业、推进产业结构升级和调整过程中显得尤为重要。7有限元分析技术是一种数值分析技术，经过数十年的发展，其在现代工业特别是装备制造业、高端装备制造业、智能制造、汽车、国防和军工等行业中的使用越来越广泛，目前已经成为现代产品设计过程中不可或缺的工具。特别是近年来，随着计算机技术的不断发展，硬件技术已经不再是制约数值分析的主要

4、技术瓶颈，有限元的发展十分迅猛，其已经成为机械专业方向研究生以上层次人才的必备工具。以重庆理工大学机械工程学院为例，为了使毕业生能快速适应企业的生产实际活动，以及满足毕业读研的同学在高层次学习活动中快速开展科学研究活动的需要，有必要在大学四年本科学习中通过专业认知教育、课程设计、毕业设计和实验教学等实践教学改革教会学生熟练掌握有限元分析技术的能力，培养和提高学生的工程实践能力，增强学生的核心就业竞争力。[3，4]一、面向产业需求，开展专业认知教育以重庆理工大学机械设计制造及其自动化专业为例，该专业是机械工程学院重点发展的优势和核心专业。按照专业现行人才培养方案，新生开学

5、时都需要进行专业认知教育。为了培养新生的有限元分析技术意识，面向装备产业发展需求，在机械设计制造及其自动化专业具有较强有限元分析技术水平的教师的带领下，组织学生参观重庆市内在有限元分析方面使用较多、较为成功的行业领头企业，如中国汽车工程研究院、长安汽车研究院、力帆集团和建设摩托等骨干企业。通过行业企业资深CAE分析工程师的案例讲解和虚拟仿真演示等教学手段，培养学生的专业意识，为后续四年大学学习奠定专业基础。二、学习有限元分析软件，贯穿课程设计过程机械专业学生初次课程设计是在大学二年级的“机械原理”和“机械设计”的学习中，以这两次课程设计为契机，充分培养学生使用有限元分析

6、软件的能力，达到熟练操作有限元分析软件的目的。目前市面上流行多种有限元分析软件，以国外的MSCPatran&7Nastran，ABAQUS和ANSYS等主流软件为主，间或有些二次开发的国产CAE分析软件，另外部分CAD软件也带有部分CAE分析功能，如CATIA等。为了培养学生毕业后在大型行业企业从事设计分析的能力，应为学生指定学习的主流CAE分析软件，这对导师也提出了一定的要求，每一种主流软件都有一个主要面向的领域，如机械结构静力分析、接触分析等领域ABAQUS较为擅长；机械运动特性如速度、加速度、振动特性等Nastran较为偏向；机构运动学仿真等ADAMS较为专业。结

7、合学生在课程设计主要依靠的三维CAD软件，引导和培养学生的工程设计初步思路，提高课程设计的质量（见图1）。三、利用有限元分析技术，搭建虚拟仿真实验平台实验教学活动为学生工程实践能力的培养和提升提供了一个真实直观、可以动手操作的平台，CAE仿真分析技术在装备产品设计过程中占有十分重要的地位，其重要性在于提高产品设计的准确度和精度，并大幅提高产品的开发效率，缩短产品的研发生产周期。CAE仿真分析平台主要包含装备零部件力学性能仿真、零部件运动学仿真以7及装备零部件动力学仿真等。如依托CATIA等三维设计软件，利用精密三坐标测量机、激光扫描测量臂