同济大学精品实验项目验收报告.doc

同济大学精品实验项目验收报告项目名称 高性能复合材料综合性实验 院（系）主管负责人 韦林 所在院（系） 航空航天与力学学院 填表日期 2008年8月30日 实验室与设备管理处2008年7月项目基本情况：项目名称类型（演示型、验证性；综合性、设计性；探究性）项目负责人项目负责人所属教研室（研究室），实验室项目负责人职称高性能复合材料综合性实验综合性李岩于夜洪复合材料与结构研究所教授工程师院（系）主管负责人：学院（系）项目建设总经费：一、 实验项目指导书( 建议内容：实验项目涉及的理论知识点；实验设计思想、背景；实验项目设置目的及能力培养目标；实验仪器设备功能介绍、注意事项及可开发的其他功能；实验过程设计，新思路的引导、启发；实验总结，实验现象、结果分析，探究性内容的引导和要求。)1) 理论知识点： 高性能复合材料原材料的选材原理 高性能复合材料的制备工艺方法 高性能复合材料的表征及性能评价方法 2）实验设计思想及背景：先进复合材料是当今飞行器制造中所使用的热点材料。目前，空客和波音两大飞机制造公司都在其最新型的飞机上开始大量使用复合材料，复合材料的在飞机上的用量已成为衡量飞机先进性的一个重要标志。为了与国际接轨并提高我国在国际航空领域内的竞争力，复合材料的专业知识是当今飞行器制造专业学生所必须重点掌握的。本实验将突破以往的教师讲解示范，学生操作并提交实验报告的传统实验教学方法。整个实验过程将由学生独立设计实验方案并完成，增加材料性能评比环节，以制备出最优性能材料的小组为优胜，并有奖励，以此调动学生的积极性，并进一步启发学生开动脑筋，思考如何全方位的提高材料的性能，以此加深对知识的理解，并充分发挥学生灵活运用所学知识的能力和创新精神。3）实验项目设置目的及能力培养： 学习、了解先进航空材料的发展和现状； 了解先进复合材料在当代航空航天中的重要应用； 掌握先进复合材料所用的原材料的性能特点，学会针对不同的用途进行合理选材； 掌握先进复合材料成型工艺的确定方法； 学会如何制备高性能复合材料； 学会测试复合材料的各种力学性能； 学会利用先进测试手段，对复合材料的性能进行表征； 了解研究先进复合材料长期性能的重要意义，并掌握基本研究方法。4）实验仪器设备：热压罐：热压罐系统的工作原理是利用热压罐内部的程控温度的静态气体压力，使复合材料叠层坯料在一定的温度和压力下完成固化过程。热压罐成型的重要环节之一是需要对叠层毛坯形成真空，并构成隔离、透胶、吸胶和透气系统，以决定叠层毛坯中的树脂流动及其去向、流出量及其控制、夹杂气体及其排除通路和外加压力的均匀分布。真空封装材料的铺叠顺序从外到里依次为：真空袋薄膜（Vacuum Bagging Film）、透气材料（Breather/Absorption Fabric）、无孔隔离膜（Release Film, Perforated）、可剥离层（Peel Ply）、预浸料毛坯（Laminate）、无孔脱模织物（Release Fabric）、模具 (mould)，此外还有密封胶带（Sealant Tape）用来密封。热压机：热压成型是将一定量的复合材料叠层毛坯火模塑料放入金属对模中，利用带热源的压机产生一定的温度和压力作用，使叠层毛坯或模塑料在模腔内受热塑化、受压流动并充满模腔成型固化而获得制品的一种工艺方法。模压成型与热压罐成型的不同之处是成型过程不像热压罐那样，毛坯被置于一个黑匣子的罐子里，它具有良好的可观察性，并且压力调节的范围大，结构内部质量易于保证，有精确的几何外形，因而广泛用于型面复杂结构件的制造，如航空发动机的叶片。动态热机械分析仪：材料在交变应力（或交变应变）作用下的交变应变（或交变应力）响应称为动态力学性能。材料组成单元的热运动对温度和时间有强烈的依赖性，复合材料的动态力学性能与温度和时间密切相关，因此经常用动态力学性能的温度谱（动态力学性能参数随温度的变化，简称温度谱）来表征复合材料的动态粘弹性。从动态力学分析仪所测得的温度谱，不仅可以获得在宽温度范围内任意温度下的刚度和阻尼值，还能获得一些列特征温度，如玻璃化转变温度（Tg），降解温度（Ts）等。 材料万能试验机：已在材料力学实验课里做过详细介绍。5）实验过程设计，新思路的引导、启发：本实验的教学理念以1）尽量全面覆盖航空用复合材料的知识点；2）学生独立设计和完成实验为出发点。因此，在实验过程设计和新思路引导方面突破以往的教师讲解示范，学生操作并提交实验报告的传统实验教学方法。整个实验过程将由学生独立设计实验方案并完成，增加材料性能评比环节，以制备出最优性能材料的小组为优胜，并有奖励，以此调动学生的积极性，并进一步启发学生开动脑筋，思考如何全方位的提高材料的性能，以此加深对知识的理解，并充分发挥学生灵活运用所学知识的能力和创新精神。6）实验总结，实验现象、结果分析，探究性内容的引导和要求：学生在参与本实验的过程中，将根据课堂上所学的理论知识，独立设计和制作自己的复合材料，并测设材料的各种相关性能。在整个实验过程中，学生亲自观察实验过程-无论是制作还是测试过程中的实验现象，并对现象和结果进行独立的分析，并要求学生在以上分析的基础上，探究造成航空复合材料性能好坏的原因，并提出解决方案。 二、 实验项目教学案例（根据实验指导书，典型实验项目教学过程的描述。实验项目教学案例包括实验教学前的预习、引导及准备工作；实验教学过程中氛围的营造，学生积极性的调动；实践能力的锻炼，创新意识的培养，探究性思维的启发等；典型的实验报告，包括实验总结，实验现象、结果分析，探究性内容的引导等。）典型实验项目教学过程描述：1） 本实验为飞行器制造专业必修课航空材料所属的实验课程，实验内容和时间与教学密切相配合，且授课教师与实验指导教师为同一人，有利于理论与实验的更好结合，提高教学质量。当授课教师将复合材料方面的内容讲解完后，本实验即开始向同学们开放，学生结合课堂刚刚讲过的内容以及实验指导书进行预习。同时，实验指导教师将实验室、实验设备、实验材料全部准备好。2） 本实验的场地主要为航空材料实验室，为了营造更好的实验氛围，以更好地调动学生的积极性，指导教师结合自己的科研项目，将已有的一些相关科研成果（包括为美国波音公司研制的飞机绿色材料、为新能源汽车研制的汽车顶棚等、国家自然科学基金仿生材料的研制等）进行展示和介绍，有效地激发了学生的学习兴趣，调动了积极性。3） 指导教师尽可能为学生准备了多种制备高性能复合材料的原材料和成型设备，学生根据自己制定的材料性能目标进行选材和选设备。例如：有些同学比较关注环保，他们想设计和制造环保型复合材料，因此，他们选择了天然纤维作为增强材料，为了降低制造能耗，选择了树脂传递模塑成型方法。然而材料制备好后，通过材料测试，发现材料的性能却不尽人意。尽管实验结束了，可同学们仍不放弃，在随后的课堂学习中，不断地与老师探讨进一步提高性能的办法，并希望有时间能再回到实验室，验证自己的新想法，学生的创新和探索精神都得到了一定程度的提高。4） 本实验要求每位同学均需提交一份实验报告，学生提交的实验报告包括试验总结、实验现象描述、实验结果分析与讨论、实验收获等几部分，具体内容见学生提交的实验报告。三、 实验支撑条件（仪器设备数量及运行状态；实验室环境等）本实验所涉及到的仪器设备包括：热压机、热压罐、树脂传递模塑注塑机、试样切割机、材料万能试验机等，所有以上设备均运行良好，并在本实验开放时间内优先参加本实验的学生使用，保证了实验的顺利进行。因本实验为大型综合性实验，因此涉及到的实验室也相对较多，包括航空材料实验室、复合材料实验室、力学实验中心。航空材料实验室为本实验的主要场地，在本精品实验项目的支持下，得到了很好的建设；力学实验中心为国家级教学示范中心，实验环境更是极为理想；复合材料成型设备位于复合材料实验室， 经过这些年的建设，也已成为国内高校中较有特色的复合材料实验室。总之，无论是实验仪器设备还是实验场地，都为本实验的顺利进行提供了有利的支撑条件。 四、学生参与实验项目的积极性、参与面、效果及体会和评价本实验对飞行器制造专业的全体学生开放，学生的参与率达到100%，学生参与的积极性和热情都非常高，收获很大，可从以下学生对该实验的评价中看出： 此次实验，让我们对复合材料有了更为深刻的认识，整个实验过程可谓是让我们经历了一个较为全面的复合材料制作与性能分析系统。原来对于复合材料只是限于课本上的理解和认识，而这次实验对我们来说是一次很好的体验，大大增加了我们对复合材料的认识；在指导老师的帮助下，我们自己动手制作了复合材料，这个过程让我们对复合材料的结构更加熟悉，不仅锻炼了我们的动手能力，也让我们能近距离感受到现代材料科学发展的迅速。通过对实验数据的处理，让我们感受到科研过程的严谨与准确，同时增强了我们动手研究和处理问题的能力。杨伟东 052909 这次实验大大增强了大家的动手动脑能力，在这次实验中，大部分的试验操作都是我们同学亲自动手操作的，试验老师主要起指导作用。而且在数据处理过程中，大家要充分发挥个人的动脑能力和集体的协作能力。王振华 052884 航空材料本是一门非常有实用性的课程，故而需要在实践与实验中加深理解，探究材料的特性。本次实验让我们接触到了比较新的复合材料的制作工艺和流程等，对于对复合材料比较生疏的我们来说使一次很好的体验，大大增加了我们对复合材料的认识，这远比看课本介绍的效果好得多。最后通过对实验所得数据的处理，又让我感受到了一个研究人员应该进行的科研工作，即增强了我们研究处理问题的能力。总之，这是一个很有帮助的实验，对于大学阶段能遇到这样的实验，我感到非常高兴，希望以后的学习生活中会有更多类似的体验。陈丹萍 052908 合成造物功能强大啊！当我剪切玻璃纤维时，当我看到毫无承载能力的液体树脂时，单纯的想象绝对不会预知它们结合产物的神奇功能！也许，人生亦如此，即使看似弱小的人组合，若能精诚合作，就有可能产生强大的合力，抵挡曲折、压力，越过难关，取得成功！成航 05？ 通过这次实验，不仅让我们加深了对课堂上学到的理论的理解。更重要的事，通过这次实验，我对科学实验有了新的认识与感受。以前总觉得实验就是玩玩而已，在自己亲手做了实验之后，自己才真实地感受到实验是必须用科学的态度去对待的。通过试验，我们不仅深入了解了理论知识，也教会了我们一种态度，而后者才是最重要的。魏城龙 063246 在实验中我们不仅对书本上所学的知识进行了巩固，加深了我们对复合材料的认识，同时也锻炼了我们的动手能力，为我以后接触更复杂的材料与成型方法打下了基础朱亮 063240 本次实验让我们对复合材料的制作工艺有了很深的理解，让我们没有拘泥于书本中的指示，对整个制作过程有了更详细的理解。徐佳敏 063233 总体上实验是比较成功的，通过这次实验，同学们对复合材料有了初步的认识。有效地锻炼了同学们的动手能力，培养了同学们的严谨精神和团队合作精神。田野 063238 本次实验完成得挺成功，让我们都受益匪浅，在实验中不仅让我们对所学的知识进行了巩固，加深了我们对复合材料的认识，也见识到复合材料加工的设备与工艺，同时对我们是一次很好的锻炼，培养了我们集体的合作精神，和对待科学认真严谨的态度。张雨晗 063249五、网络教学资源建设及应用情况（网站、信息、应用情况）目前，本实验还没有进行网络教学资源的建设，只是指导学生对现有的相关网站和信息进行利用。有关本实验课程的建设将列入下一步工作计划。六、经费使用情况总经费10000元，已使用7310元，具体使用情况如下：名称 单价（元） 数量 金额（元）脱模剂 18 4 72硅油 55 4 220金刚石锯片 350 2 700万用表 160 1 160水平尺 133 1 133去离子水 15 8 120 热压机电偶 130 4 520电加热锅、 150 1 150恒温恒湿箱加湿器 750 1