面向流体机械专业的流体机械强度计算课程改革

面向流体机械专业的流体机械强度计算课程改革

中图分类号：G645文献标识码：A文章编号：1674-098X（2022）04（a）-0129-02

“卓越工程师教育培育方案”（简称“卓越方案”）提出培育造就一大批创新力量强的各类型卓越工程师，以降低我国关键核心技术的对外依存度，增加国家核心竞争力[1-2]。本科层次的卓越工程师应能够在工程现场创新性地从事产品的生产、营销和服务或工程项目的施工、运行和维护，成为优秀的应用型创新工程师[3]。

流体机械强度计算是针对能源与动力工程专业（流体机械及其自动掌握方向）的专业课程，是后续毕业设计的有效帮助工具，在课程体系中占有重要地位。该课程以水力计算等供应的载荷为初始条件，讨论流体机械零件的强度、刚度和稳定性，以期合理确定零件的结构、尺寸及相互联接方式等。流体机械强度计算课程理论性较强，要求具备肯定的数学、流体力学与流体机械、固体力学以及机械设计基础；又具有较强的工程应用背景，可用于指导最初的结构设计，满意不同类型泵的牢靠性设计要求。因此，教学中需要同时兼顾学问的继承性与先进性，尤其如何在卓越方案背景下构建与工程教育相连接的教学内容、教学形式等已成为课程改革的首要任务。

1流体机械强度计算工程实践力量培育的熟悉

流体机械强度计算课程的强大生命力在于它的实践性，其讨论的动身点和归宿点都是为流体机械结构设计服务。流体机械强度计算课程力求使同学具备以下3个方面的技能和阅历：（1）坚实的理论基础，包括流体力学理论和有限元理论；（2）程序使用阅历，对常用的商业有限元分析程序能够应用；（3）工程实践阅历，对不同的工程问题能够评判和确定方案。流体机械强度计算的基本流程为：初步分析→具体分析→有限元分析→结果分析→问题解决。在实际计算中，需要依据工程阅历进行问题初判，并非全部问题都需进一步分析，有限元分析不肯定是解决问题的最佳手段。要做出正确的初判，需要对常见问题的理论有清楚的解决思路，需要对有限元方法的力量和局限有清晰的熟悉，同时对可能进行的有限元分析所需的时间和人力有精确     的推断。在打算进行有限元分析后，运用理论和阅历上的推断，打算计算的模型、规模和类型。能够用完可能简洁的模型、尽可能短的时间获得解决问题所需的分析结果。运用商业有限元软件进行分析，需要清晰每个输入参数的意义和作用，仅仅熟识软件界面不够。获得分析结果后，问题并没有解决，需要从纷繁简单的数据中查找问题的解决方案，总结出简洁有效的结论和方案。

2融合工程实际，编写教材

对于卓越工程师培育而言，面对工程需要的教材建设成为课程建设的一项重要工作[4]。目前该专业应用的课程教材为《水力机械强度计算》，该教材采纳传统经典的强度计算方法，以解析的手段初步设计或后续校核泵轴、叶轮、泵体等强度问题。经试用，存在不适于该专业卓越工程师力量培育的两个方面：（1）教材内容与前期学习内容重复率较高。如将近30%篇幅涉及的弹性力学基础以及轴、法兰的应力计算等，同学已在大二系统学习过相关内容。（2）教材内容与强度理论和有限元软件的进展不符。有限元法概念浅显、适用性强，通过将实际物理模型离散化，广泛应用于理论分析无法解决的简单工程问题，而传统教材较少涉及。任课老师较多在原教材基础上编写讲义，穿插讲解一些现代有限元理论及应用。

为适应流体机械专业卓越工程师的培育目标，应当编写适用于卓越工程师的特地教材。该校老师尤其是青年老师应到产学研合作的企业熬炼，熟识企业工程项目生产、运作和管理的诸多环节，初步具备和企业技术人员合作进行产品研发、联合攻关的力量。在此基础上，联合一些有阅历的企业技术人员，有目的地把工程应用的思想引入课程体系，增加实际工程中的一些概念、案例等内容。既依托高校和企业对于工程人才培育的理解与阅历，又结合双方各自具备的硬件条件，企业在实际产品结构设计过程中遇到的问题和积累的阅历也将反映到教材中，为该专业工程技术人才培育供应了关心。

3着眼工程实际，案例教学

提倡以分析解决实际问题为主导的案例教学。课程组细心设计专题争论课，利用工程案例学习、争论，加强同学分析、归纳、总结的力量。在案例选取上，为克服有限元分析可能脱离工程实际的问题，所采纳案例均为具有明确解析解和实际测试结果的算例，使得讲解更具指导意义。例如：对多级泵（8级）轴静强度进行校核，以及确定蜗壳泵壳体壁厚，这些实例都有较精确     的解析结果或阅历公式。又如，叶轮连接轴的转子部件的模态分析，以及包括泵体、端盖、悬架及支脚在内整个壳体结构的自由模态分析，这两个典型算例都有试验测试结果。

此外，同学需要提交一份报告。要求采纳ProE、UG、Solidworks等对三维结构建模；利用ANSYS软件对结构划分网格，施加合适的载荷和边界条件，对轴、叶轮和蜗壳进行有限元静强度校核。通过这样的训练，增加了同学的三维造型力量以及对流体机械各部件所受载荷和应力的理解。在有限元分析结果的评价方面，尝试应用量化方法进行更进一步训练。如对转子部件计算与试验的模态振型置信度进行比较，使有限元分析更接近实际。

4凝练工程实际，指导教学实践

从工程实践动身，指导同学自主建模和分析。在横向科研活动中积累了一些具有代表性的结构有限元分析实例，如在叶轮强度计算分析时，分析单纯离心力、流体力及两者合力作用下叶轮的等效应力及变形状况，确定叶轮结构的危急点及危急点应力。这些工程实例多数都有现场试验，通过有限元计算讨论，可以使本科生得到直接的训练，对结构有限元分析有更为真实的阅历。

乐观引导同学参加科研项目，鼓舞同学参加课外科技活动，增加软件解决问题的应用功能，如：科研立项、高校生实践创新训练方案项目、节能减排大赛、星光杯及校内科技竞赛等。实际上，许多同学盼望了解、学习相关软件，并乐观参加科研项目。

5总结与争论

通过细心设计流体机械强度计算的教材、案例与教学实践，以及流体机械结